关于RS485的EMC，我从认证工程师那儿讨来了一些实用基础
最近向公司的认证工程师讨教了一些RS485关于EMC的一些知识，文章内容可能有点枯燥，但对于做工业控制产品类的朋友来说，这些知识都是很有用的。咱们尽可能得把它讲的让大家不那么容易打瞌睡吧。
RS485接口，作为咱们工业自动化领域的"老将"，它凭借其出色的长距离传输能力（理论上为1200米）和抗干扰性能，在工厂车间、楼宇控制、能源系统等场景中随处可见。但这位"老将"在实际工作中常常会遇到各种"偷袭"——雷击、电源波动、静电放电等产生的瞬变电压，今天我就带大家认识一下这些"敌人"。
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为什么RS485需要特殊保护？
想象一下，在工厂车间里，RS485总线就像一条贯穿全厂的"信息高速公路"。这条路上跑的不是汽车，而是重要的数据传输。但这条"公路"常常会遭遇各种"自然灾害"：
雷击：就像突如其来的闪电劈在公路上；
静电放电：好比工作人员身上积累的静电突然释放；
设备开关：类似大型机器突然启动产生的电压波动。
这些干扰轻则造成数据错误，重则直接损坏设备。为此，国际电工委员会(IEC)制定了一套EMC抗扰度要求——IEC 61000-4系列，专门考验设备的抗干扰能力，自1996年以来，向欧盟出售或在欧盟范围内出售的所有电子设备都必须达到IEC 61000-4-x规范定义的EMC级别。下面我们就重点看看其中最厉害的三大"杀手"。
IEC 61000-4-2 静电放电(ESD) IEC 61000-4-4 电快速瞬变(EFT) IEC 61000-4-5 电涌耐受性
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杀手1：静电放电ESD
你有没有冬天摸门把手被电到的经历？这就是静电放电(ESD)。在工业环境中，这种"小火花"可能高达上千伏特！
IEC，也就是负责制定电气工程和电子工程领域的一个国际标准，IEC 61000规范定义了一组EMC抗扰度要求，其中IEC 61000-4-2 专门讲了静电放电(ESD)。
ESD是指静电荷在不同电位的实体之间的突然传输，由靠近接触或电场感应引起。其特征是在短时间内产生高电流。测试的主要目的是确定系统在工作过程中对系统外部ESD事件的抗扰度。这里面描述了两种耦合测试方法，即所谓接触放电和空气放电。
测试方法：
接触放电：直接用"电枪"怼着设备打（最高测试为4级：±8kV）；
空气放电：隔空放电模拟真实场景（最高测试为4级：±15kV）；
测试期间，数据端口须经受至少10次正极放电和10次负极放电，脉冲之间需要间隔1秒。
下图显示了规范所述的8 kV接触放电电流波形。一些关键波形参数包括小于1 ns的上升时间和大约60 ns的脉冲宽度，这说明脉冲总能量约为数十mJ。
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杀手2：电快速瞬变(EFT)
想象一下继电器快速开关时产生的干扰，就像一连串高速射来的箭矢。这就是EFT测试要模拟的场景。
其中IEC 61000-4-4 专门讲了电快速瞬变(EFT)测试，想尝试模拟各种复杂条线下各类型的事件产生的干扰。
电快速瞬变测试要求将数个极端快速的瞬变脉冲耦合到信号线上，以代表容性耦合到通信端口的外部开关电路的瞬态干扰，这种干扰可能包括继电器和开关触点抖动，以及切换感性或容性负载引起的瞬变，所有这些在工业环境中非常常见。
测试特点：
输出波形由15 ms的2.5 kHz至5 kHz突发高压瞬变脉冲组成，并以300 ms间隔重复；
每个脉冲具有5 ns的上升时间和50 ns的持续时间，在波形的上升和下降沿的50%点之间测量；
单个EFT脉冲的总能量与ESD脉冲相似，单个脉冲的总能量典型值为4 mJ；
施加于数据端口的电压可以高达2 kV。
下图显示EFT 50 Ω负载波形。EFT波形用具有50 Ω输出阻抗的发生器在50 Ω阻抗上产生的电压来描述。
这些快速突发瞬变通过电容耦合钳耦合到通信线路。EFT通过耦合钳容性耦合到通信线路，而不是直接接触。这同样降低了EFT发生器的低输出阻抗所引起的负载。耦合钳和电缆之间的耦合电容取决于电缆直径、屏蔽和绝缘。
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杀手3：浪涌测试(Surge)
这是三大"杀手"中最凶狠的一个，通常由雷击或大功率设备开关引起，能量是前两者的数千倍！
其中IEC 61000-4-5 专门讲了浪涌测试(Surge)，并定义了用于评估对这些破坏性电涌的抗扰度的波形、测试方法和测试级别。
浪涌测试的特征：
电涌脉冲的上升时间为1.25 µs，脉冲宽度为50 µs；
电涌脉冲能量可以达到90 J，比ESD或EFT脉冲的能量高出3~4个数量级；
浪涌被认为是最严重的EMC瞬变。ESD与EFT相似，电路保护的设计可以相似，但浪涌则不然，其能量非常高，因此必须以不同方式处理。
浪涌测试期间，要求器件在测试期间设置为正常工作状态，同时将5个正脉冲和5个负脉冲施加于数据端口，各脉冲间隔最长时间为1分钟。
下图显示半双工RS485器件的耦合网络。并联电阻总和为40 Ω。对于半双工器件，每个电阻为80 Ω。
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如何判断设备"抗揍"能力？
测试后，设备的表现会被分为四个等级：
标准A、正常工作：测试时完全正常工作，数据零错误。这也是我们的终极目标！
标准B、功能暂时丧失或性能暂时降低，不需要人为干预：测试时可能会出错，但能自动恢复 。多数场合可以接受。
标准C、功能暂时丧失或性能暂时降低，需要人为干预：必须人工重启才能恢复。关键系统不能接受。
标准D、功能丧失，设备永久损坏：测试fail！
以上就是今天分享的内容，希望对你有帮助。
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