各位工程師對于CAN與RS-485總線并不陌生并且能快速搭建隔離電路,但可能仍會遇到通訊異常或損壞的情況,這是什么原因導致?這可能是由于隔離后接地錯誤導致,本文先為大家介紹隔離后接地的ESD作用機理。
前言
為保證總線網絡的通訊穩定性,通訊接口通常會做隔離,隔離的主要目的:
安規考慮:保護設備及人身安全,隔開潛在的高壓危險;
提高通信的穩定性:消除地電勢差的影響;
提高器件的可靠性:消除地環路影響;
低耦合:提高系統間的兼容性;
隔離接地的原理
總線增加隔離固然可以保證總線穩定可靠地通信,但是帶隔離通信接口的設備,在復雜的環境或安裝狀態下,接口會表現出完全不同的ESD特性,了解ESD對接口的影響機理,才能有針對性地增加保護器件,提升隔離接口的ESD能力。下面以帶有隔離CAN或RS-485通信接口為例,對常見的設備狀態下,ESD的作用機理進行分析,并提出相應的改善措施。
1、總線側懸空此狀態下,設備控制側有接入保護地(PE),總線側參考地懸空,與PE無任何連接,如下圖。
接下來進行分析:
假設控制側均做了足夠的保護措施,當控制側接口受到靜電放電時,能量通過控制側保護器泄放至PE,對隔離通信接口基本無影響,如下面左圖;
當總線接口受到靜電放電時,由于總線側懸空,能量只能通過隔離柵的等效電容Ciso進行泄放,由于Ciso非常小,僅有幾皮法至十幾皮法,Ciso被迅速充電,兩端電壓Viso會非常高,幾乎等同于放電電壓,電壓全部施加在隔離接口模塊的隔離柵,若電壓超出了隔離柵的電壓承受范圍,則會導致內部隔離柵損壞,如下面右圖。
注意:對于一般的隔離接口模塊,隔離柵可承受的靜電放電電壓只有4kV,對于更高等級的6kV或8kV的靜電來說是非常脆弱的,極易出現損壞情況。
2、設備控制測懸空此狀態下,設備控制側有接入保護地(PE),總線側參考地懸空,與PE無任何連接。此狀態下,設備控制側參考地懸空,與PE無任何連接,總線側有接入保護地(PE),如下圖。
接下來進行分析:
當總線側接口受到靜電放電時,靜電能量通過隔離接口模塊內部總線側器件泄放至PE,但若ESD能量超出了接口模塊內部總線側器件的ESD抗擾能力,總線接口則可能損壞,如下面左圖;
當控制側接口受到靜電放電時,由于控制側懸空,能量只能通過隔離柵的等效電容Ciso進行泄放,由于Ciso非常小,兩端電壓Viso會非常高,電壓全部施加在隔離接口模塊的隔離柵,若電壓超出了隔離柵的電壓承受范圍,則會導致內部隔離柵損壞,如下面右圖。
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