如何保护工业现象总线收发器免受静电影响

[导读]控制器局域网 (CAN)、RS-485、RS-422、RS-232 和 Profibus 等工业网络应能够承受严苛的系统级瞬变（处理期间的静电放电 [ESD]、感性负载中断、继电器接触反弹和/或雷击）在他们的最终应用。如果没有适当的工具和有关设计所需标准的知识，设计来满足这些要求可能具有挑战性。

控制器局域网 (CAN)、RS-485、RS-422、RS-232 和 Profibus 等工业网络应能够承受严苛的系统级瞬变（处理期间的静电放电 [ESD]、感性负载中断、继电器接触反弹和/或雷击）在他们的最终应用。如果没有适当的工具和有关设计所需标准的知识，设计来满足这些要求可能具有挑战性。

PROFIBUS是常见的现场总线，当前有超过5000万个节点在运行。该总线初于1989年在德国开发出来并被注册为DIN 19245，国际电工委员会（IEC）已在IEC 61158标准中承认了PROFIBUS及其各种互连格式。
PROFIBUS源自“过程现场总线（Process Field Bus）”一词的缩写，初是作为位级串行通信标准而设计的。PROFIBUS可以协调网络系统中各节点间的信息交换的执行步骤。初的PROFIBUS现场管理系统（FMS）被更简单灵活的协议所取代，例如PROFIBUS分布式外设（DP），PROFIBUS过程自动化（PA）以及仅针对电机控制的ProfiDrive。
PROFIBUS DP是迄今为止流行的实施方案，并且继续保持着强劲增长的势头。但是，随着新DP网络安装数量的不断增加，应用的具体要求也在不断增加。其中包括更高的工作温度和隔离电压，以及更小的外形尺寸。虽然许多RS-485收发器号称与PROFIBUS兼容，但真正符合标准的只有少数，而能够满足日益严苛系统要求的就更少了。

PROFIBUS国际标准对收发器差分输出电压进行了限制，禁止使用许多目前市场上的收发器芯片。在空载条件下，大差分总线电压限制在7VPP。而对于大负载，小值限制为4VPP。
许多具有高输出驱动的RS-485收发器能够满足4VPP的小值，但因为生产差分电压高达8.5V的驱动器比较容易，往往会超过7VPP的大值。但在这里，并不是电压越高越好。
因此需要注意，如果未使用符合4VPP至7VPP限制的收发器，将导致任何申请PROFIBUS 的产品无法通过。另一个申请会遇到的问题是收发器差分电压要求在大指定电源电压下测量，对于5V收发器来说，通常为5.5V。PROFIBUS测试实验室在合规性测试中会使用这一恶劣的条件。

接下来，我将讨论国际电工委员会 (IEC) 61000-4-2 ESD 标准、IEC 61000-4-2 ESD 测试设置和有助于保护 CAN 收发器的瞬态电压抑制器 (TVS) 二极管电路。

IEC 61000-4-2 ESD 抗扰度测试是一种系统级 ESD 测试，它模拟带电操作员向终端系统放电。IEC ESD 测试的特性与其他 ESD 标准的特性在上升时间、冲击期间传递的能量以及测试期间管理的冲击次数方面有所不同。IEC ESD标准涉及两种测试方法：接触放电和空气放电。接触 ESD 测试将来自 IEC ESD 枪的 ESD 脉冲直接释放到被测设备 (DUT) 上。空气 ESD 放电测试包括将带电的 ESD 枪移向 DUT，直到空气分解到足以在 ESD 枪和 DUT 之间传导 ESD 冲击。IEC ESD 测试包括正极性和负极性，除非两个极性在一个级别上都存在，否则无法通过分数。表 1 显示了 IEC 61000-4-2 ESD 测试电压和峰值电流水平。