【導(dǎo)讀】通常采用RS-485接口的工業(yè)自動化可編程邏輯控制器(PLC)通信端口可能因為模塊熱插入PLC機(jī)架而遭受靜電放電(ESD)沖擊和通信錯誤。這些危險條件可能會妨害數(shù)據(jù)通信，或是對RS-485接口造成永久性損傷。
簡介
通常采用RS-485接口的工業(yè)自動化可編程邏輯控制器(PLC)通信端口可能因為模塊熱插入PLC機(jī)架而遭受靜電放電(ESD)沖擊和通信錯誤。這些危險條件可能會妨害數(shù)據(jù)通信，或是對RS-485接口造成永久性損傷。
RS-485規(guī)定為多點標(biāo)準(zhǔn)，意味著可在同一總線上最多連接32個收發(fā)器，并且其中的任一收發(fā)器均可將信號驅(qū)動到RS-485總線上。部分收發(fā)器，比如ADM3066E，可支持多達(dá)128個總線節(jié)點。多點系統(tǒng)支持完全熱插拔非常重要，因為這有助于確保在任何時候僅有一個RS-485驅(qū)動器處于有效狀態(tài)。如果RS-485總線上有多個驅(qū)動器處于有效狀態(tài)，則會存在總線爭用情況，這可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤。
ADM3066E完全熱插拔功能旨在解決因意外使能RS-485收發(fā)器而導(dǎo)致的總線競爭問題。RS-485收發(fā)器可能由于電源或接地端與RS-485驅(qū)動器和接收器使能輸入發(fā)生電容耦合而意外使能。RS-485收發(fā)器也可能由于相鄰微控制器的漏電流導(dǎo)致驅(qū)動器和接收器使能輸入中產(chǎn)生漂移而使能。
PLC模塊通信用裸露RS-485連接器和線纜上的ESD是一種常見現(xiàn)象。可編程控制器的系統(tǒng)級IEC 61131-2標(biāo)準(zhǔn)要求最低±6 kV（接觸）和±8 kV（空氣）的IEC 61000-4-2 ESD保護(hù)。 ADM3066E超過了這一要求，提供±12 kV（接觸）和±12 kV（空氣）的IEC 61000-4-2 ESD保護(hù)。
圖1.將具有RS-485通信端口的模塊2添加到通電的工業(yè)PLC總線
完全熱插拔支持 無毛刺上電和掉電
將一個模塊或一片印刷電路板插入帶電（或熱）背板時，對數(shù)據(jù)總線的差分干擾可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤。在此期間，處理器邏輯輸出驅(qū)動器為高阻抗，無法將RS-485收發(fā)器的DE和RE輸入驅(qū)動到規(guī)定的邏輯電平。
如圖2所示，處理器邏輯驅(qū)動器高阻抗?fàn)顟B(tài)的漏電流最高可達(dá)±100 μA，可能導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)使能收發(fā)器的DE輸入和RE輸入，使其漂移到錯誤的邏輯電平。此外，如圖3所示，電路板寄生電容可能導(dǎo)致VCC引腳或GND引腳耦合到使能輸入。若無熱插拔能力，這些因素可能會不當(dāng)?shù)厥鼓苁瞻l(fā)器的驅(qū)動器或接收器。為防止不當(dāng)使能驅(qū)動器或接收器，ADM3066E集成了熱插拔電路。這一熱插拔電路可確保VCC上升時，內(nèi)部下拉電路將DE引腳保持在低電平以及將RE引腳保持在高電平。在此配置中，驅(qū)動器和接收器被禁用的時間都很短。初始上電序列結(jié)束后，下拉電路變得透明，復(fù)位支持熱插拔的輸入。
圖2.三態(tài)漏電流可將邏輯引腳驅(qū)動到錯誤的電平
圖3.寄生電容可將邏輯引腳驅(qū)動到錯誤的電平
全面的熱插拔支持
表1列出了用于測試ADM3066E熱插拔功能的輸入和輸出引腳狀態(tài)組合。將ADM3066E電路板插入帶電（或熱）背板時，表1中列出的任一測試條件均可行。由于ADM3066E具有一個低壓邏輯電源VIO和一個VCC電源引腳，可能會出現(xiàn)不同的電源時序和條件。
ADM3066E的A輸出端和B輸出端在上電期間仍處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，隨后默認(rèn)處于表1中所述的狀態(tài)。例如，在DE引腳和DI引腳都被拉至高電平的情況下，如果VIO和VCC同時上電且RE引腳被拉至低電平，則在A引腳確定處于預(yù)期默認(rèn)的高電平且B引腳確定處于預(yù)期的默認(rèn)低電平之前，A輸出端和B輸出端將仍然處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。
表1.輸入和輸出引腳狀態(tài)組合
強(qiáng)勁的IEC61000-4-2 ESD保護(hù) ADM3066E系統(tǒng)級解決方案
PLC模塊通信用裸露RS-485連接器和線纜上的ESD是一種常見現(xiàn)象。可編程控制器的系統(tǒng)級IEC 61131-2標(biāo)準(zhǔn)要求最低±6 kV（接觸）和±8 kV（空氣）的IEC 61000-4-2 ESD保護(hù)。 ADM3066E超過了這一要求，提供±12 kV（接觸）和±12 kV（空氣）的IEC 61000-4-2 ESD保護(hù)。
圖4所示為IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)中的8 kV接觸放電電流波形與人體模型(HBM) ESD 8 kV波形的對比。從圖4中可以看出，兩個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的波形形狀和峰值電流差異很大。與IEC 61000-4-2 8 kV脈沖關(guān)聯(lián)的峰值電流為30 A，相應(yīng)的HBM ESD峰值電流比該數(shù)值的五分之一還小，為5.33A。另一差異為初始電壓尖峰的上升時間，對于IEC 61000-4-2 ESD，上升時間為1 ns，相較于與HBM ESD波形關(guān)聯(lián)的10 ns時間要快得多。與IEC ESD波形關(guān)聯(lián)的功率值顯著大于IEC 61000-4-2 ESD波形的相應(yīng)值。HBM ESD標(biāo)準(zhǔn)要求待測設(shè)備經(jīng)受3次正放電和3次負(fù)放電，而IEC 61000-4-2 ESD標(biāo)準(zhǔn)則要求10次正放電和10次負(fù)放電測試。
與規(guī)定了多個HBM ESD保護(hù)級別的其他RS-485收發(fā)器相比，具有IEC 61000-4-2 ESD額定值的ADM3066E適合在惡劣環(huán)境中工作。
圖4.IEC 61000-4-2 ESD波形(+8 kV)與HBM ESD波形(+8 kV)的對比
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