Изолированный помехоустойчивый трансивер RS-485 ADM2795E Analog Devices

30 апреля

телекоммуникацииответственные примененияAnalog Devicesстатьяинтегральные микросхемыRS-485изолированный интерфейспомехоустойчивость

Ричард Анслоу, Джеймс Скэнлон, Брайан Суини (Analog Devices)

ИС ADM2795E производства Analog Devices сертифицирована на устойчивость к ЭСР по стандарту IEC 61000-4-2. Она подходит для эксплуатации в жестких условиях гораздо лучше других микросхем приемопередатчиков RS-485. В статье представлены результаты тестирования на соответствие требованиям МЭК по электромагнитной совместимости.

Интегральная микросхема ADM2795E это гальванически изолированный приемопередатчик RS-485 с рейтингом напряжения изоляции 5 кВ (rms), содержащий цифровой изолятор (выполнен по технологии iCoupler® компании Analog Devices), сам приемопередатчик RS-485, а также цепи защиты от электромагнитных помех. Соответствует с нормами по электромагнитной совместимости (ЭМС) международной электротехнической комиссии (МЭК). Данная интегральная схема предназначена для реализации коммуникационных интерфейсов RS-485, работающих в жестких промышленных условиях и подвергающихся воздействию различных негативных факторов, которые могут нарушить процесс передачи данных и даже вызвать повреждение оборудования. Коммуникационные порты программируемых логических контроллеров (ПЛК), часто реализующие интерфейс RS-485, могут работать в условиях сильных синфазных помех, при разных потенциалах земель связанных устройств и периодически подвергаются импульсным перенапряжениям, возникающими из-за электростатических разрядов (ESD), быстрых переходных процессов (EFT) и ударов молний. Кроме того, не исключены ошибки при подключении проводов к клеммам портов. Стандарты МЭК системного уровня, такие как IEC 61131-2 для устройств промышленной автоматики, определяют различные уровни защиты от ESD, EFT и выбросов напряжения, а также степень устойчивости оборудования к излучаемым, кондуктивным и магнитным помехам.

Характеристики по ЭМС, сертифицированные МЭК

Оборудование на промышленных предприятиях подвергается воздействию кондуктивных, излучаемых и магнитных помех, а также скачков напряжения, и должно соответствовать требованиям стандартов серии IEC 61000. ИС ADM2795E представляет собой комплексное решение системного уровня и полностью отвечает всем требованиям.

Встроенные гальваническая развязка и защита от электромагнитных помех (ЭМП) позволяют значительно уменьшить место на печатной плате, требуемое для размещения компонентов интерфейса коммуникационного порта (рисунок 1). Помимо этого, в ИС ADM2795E реализована защита от попадания высокого напряжения (до ±42 В) на выводы интерфейса RS-485.

Давайте ближе познакомимся с приемопередатчиком RS-485 от Analog Devices, а также рассмотрим схемы испытаний эталонной оценочной платы, которые позволяют продемонстрировать характеристики ADM2795E, сертифицированные на соответствие требованиям МЭК по электромагнитной совместимости, таким как:

  • Защита выводов A и B шины RS-485 от ЭМП, сертифицированная по четвертому уровню:
    • защита от выбросов напряжения (IEC 61000-4-5) ±4 кВ;
    • защита от быстрых переходных процессов (IEC 61000-4-4) ±2 кВ;
    • защита от электростатического разряда (IEC 61000-4-2): ±8 кВ при контактном разряде, ±15 кВ при воздушном разряде
    • Защита от кондуктивных радиопомех (IEC 61000-4-6) 10 В/м rms.
  • Устойчивость изоляционного барьера к ЭМП, в соответствии с требованиями стандартов серии IEC 61000.
    • Устойчивость к ESD (IEC 61000-4-2), к EFT (IEC 61000-4-4), выбросам напряжения (IEC 61000-4-5), кондуктивным радиопомехам (IEC 61000-4-6), радиочастотному электромагнитному полю (IEC 61000-4-3) и магнитному полю (IEC 61000-4-8).

Рис. 1. Встроенная защита ADM2795E от выбросов напряжения, соответствующая требованиями стандарта IEC 61000-4-5, существенно экономит площадь на печатной плате

Рис. 1. Встроенная защита ADM2795E от выбросов напряжения, соответствующая требованиями стандарта IEC 61000-4-5, существенно экономит площадь на печатной плате

Соответствие требованиям МЭК: защита от ЭСР, EFT и выбросов напряжения

Электротехнические и электронные изделия и оборудование должны проектироваться с учетом требований стандартов МЭК системного уровня. Примеры таких стандартов:

  • IEC 61131-2 – управление и автоматизация производства;
  • IEC 61800-3 – системы электрического привода;
  • IEC 60730-1 – управляющие устройства бытового назначения.

Для линий передачи данных такие стандарты системного уровня определяют различные уровни защиты от электромагнитных помех, обусловленных:

  • электростатическими разрядами (IEC 61000-4-2);
  • импульсными переходными процессами (IEC 61000-4-4);
  • выбросами напряжения (IEC 61000-4-5).

Каждый из этих стандартов устанавливает методы испытаний для оценки устойчивости электронного и электротехнического оборудования к соответствующему воздействию (ниже мы дадим краткую информацию о них). ИС ADM2795E прошла все испытания, установленные данными стандартами и получила сертификат соответствия требованиям стандартов МЭК по электромагнитной совместимости.

Электростатический разряд

Электростатический разряд (ЭСР) – это быстрый перенос электростатического заряда между телами с различными электростатическими потенциалами при их непосредственном соприкосновении или электрическом пробое. При ЭСР формируется короткий импульс тока большой амплитуды. Основная цель испытаний, регламентированных стандартом IEC 61000-4-2 – определить степень устойчивости оборудования во время работы к воздействию внешних электростатических разрядов. Стандарт IEC 61000-4-2 определяет два метода испытаний: контактным и воздушным разрядом. Испытание контактным разрядом подразумевает прямой контакт между разрядным наконечником испытательного генератора и испытуемым устройством. Во время испытания воздушным разрядом разрядный наконечник испытательного генератора, находящийся под напряжением, постепенно приближают к испытуемому устройству до тех пор, пока в воздушном зазоре между наконечником и испытуемым устройством не возникнет искра. Непосредственный контакт между разрядным наконечником и испытуемым устройством в данном случае отсутствует. На результаты испытаний воздушным разрядом и их повторяемость влияют различные факторы, в том числе влажность, температура, атмосферное давление, расстояние и скорость приближения разрядного наконечника к испытуемому устройству. Метод воздушного разряда лучше моделирует воздействие реального электростатического разряда, однако обеспечивает худшую повторяемость результатов, по сравнению с контактным методом, в связи с чем последний является предпочтительным.

Во время испытания на порт передачи данных подаются не менее 10 одиночных разрядов положительной полярности и не менее 10 одиночных разрядов отрицательной полярности с интервалом между последовательными разрядами не менее 1 секунды. Величина испытательного напряжения выбирается, исходя из условий эксплуатации испытываемого технического средства (ИТС).

На рисунке 2 показана форма разрядного тока испытательного генератора для контактного разряда при испытательном напряжении 8 кВ, установленная стандартом IEC 61000-4-2. Как видно из рисунка, время нарастания импульса составляет менее 1 нс, а его ширина – около 60 нс.

Рис. 2. Форма разрядного тока испытательного генератора (контактный разряд, испытательное напряжение 8 кВ), согласно IEC61000-4-2

Рис. 2. Форма разрядного тока испытательного генератора (контактный разряд, испытательное напряжение 8 кВ), согласно IEC61000-4-2

На рисунке 3 показана типовая схема испытательной установки для проведения испытаний оценочной платы с ИС ADM2795E по методу контактного и воздушного разрядов, в соответствии со стандартом IEC 61000-4-2.

Рис. 3. Схема соединений при испытании на устойчивость к ЭСР относительно выводов GND1 или GND2, в соответствии со стандартом IEC 61000-4-2

Рис. 3. Схема соединений при испытании на устойчивость к ЭСР относительно выводов GND1 или GND2, в соответствии со стандартом IEC 61000-4-2

При проведении первого испытания общий провод имитатора ЭСР подключается к выводу GND2. В этом случае ИС ADM2795E выдерживает воздействия наибольшей степени жесткости (четвертой), устанавливаемой стандартом IEC 61000-4-2. Четвертой степени жесткости соответствует испытательное напряжение контактного разряда ±8 кВ и воздушного разряда ±15 кВ.

При проведении второго испытания общий провод имитатора ЭСР подключается к выводу заземления GND1. Это испытание демонстрирует надежность изоляционного барьера ADM2795E, способного выдерживать электростатические разряды напряжением до ± 9 кВ при контактном разряде и до ± 8 кВ при воздушном. Во время этих испытаний приемопередатчик работал в обычном режиме, передавая поток данных на скорости 2,5 Мбит/с. Результаты соответствующих сертификационных испытаний сведены в таблицы 1 и 4.

Таблица 1. Результаты сертификационных испытаний, согласно IEC 61000-4-2

Подключение общего провода имитатора ЭСР Условия испытаний, согласно IEC 61000-4-2 Результат испытания
GND2 ±15 кВ (воздушный разряд), ±8 кВ (контактный разряд), защита от воздействия 4-й степени жесткости Пройдено
GND1 Устойчивость к воздействию ±8 кВ (воздушный разряд), ±9 кВ (контактный разряд) Пройдено

На рисунке 4 показана форма разрядного тока при контактном разряде и испытательном напряжении 8 кВ по стандарту IEC 61000-4-2, в сравнении с формой разрядного тока импульса напряжением 8 кВ, имитирующего ЭСР по модели человеческого тела (МЧТ). Как видно из рисунка, эти стандарты определяют совершенно разные формы разрядного тока, а также разные пиковые значения. Пиковый разрядный ток импульса напряжением 8 кВ по стандарту IEC 61000-4-2 составляет 30 А, тогда как пиковый ток аналогичного импульса, имитирующего ЭСР по МЧТ, гораздо меньше – около 5,33 А. Отличается и длительность переднего фронта импульса. Если длительность фронта импульса по стандарту IEC 61000-4-2 составляет всего 1 нс, то длительность фронта импульса, имитирующего ЭСР по МЧТ, в 10 раз больше, то есть 10 нс. В итоге энергия, содержащаяся в импульсе ЭСР по стандарту МЭК, оказывается гораздо больше энергии импульса ЭСР по МЧТ. Исходя из всего сказанного, ИС ADM2795E, сертифицированная на устойчивость к ЭСР по стандарту IEC 61000-4-2, гораздо лучше подходит для жестких условий эксплуатации, чем другие микросхемы приемопередатчиков RS-485, обеспечивающие различные уровни защиты только от ЭСР по МЧТ.

Рис. 4. Сравнение форм разрядного тока при испытательном напряжении 8 кВ по стандарту IEC61000-4-2 и МЧТ

Рис. 4. Сравнение форм разрядного тока при испытательном напряжении 8 кВ по стандарту IEC61000-4-2 и МЧТ

Быстрые переходные процессы

Испытание на устойчивость к быстрым переходным процессам (EFT) заключается в подаче пачек коротких импульсов на сигнальные порты. Данные импульсы имитируют воздействие кратковременных электромагнитных помех, которые возникают при коммутационных процессах во внешних цепях, имеющих емкостную связь с коммуникационными портами. К таким помехам относятся, в частности, дребезг контактов реле и переключателей, а также выбросы при коммутации индуктивной или емкостной нагрузок, характерные для промышленных предприятий. Метод испытания на устойчивость к EFT, описанный в стандарте IEC 61000-4-4, имитирует воздействие подобных помех.

На рисунке 5 показана форма испытательного сигнала EFT на нагрузке 50 Ом. Этот сигнал определяется стандартом как напряжение на резистивной нагрузке 50 Ом, формируемое испытательным генератором с выходным сопротивлением 50 Ом. Выходной сигнал генератора представляет собой пачки высоковольтных импульсов частотой 5 кГц. Длительность пачки составляет 15 мс, а период следования пачек – 300 мс. Также испытание может проводиться при частоте импульсов 100 кГц, в этом случае длительность пачки составляет 750 мкс. Время нарастания каждого импульса равно 5 нс, а длительность по уровню 50% – 50 нс. Полная энергия одного испытательного импульса EFT сравнима с энергией испытательного импульса ЭСР.

Рис. 5. Испытательный сигнал EFT по стандарту IEC 61000-4-4 на нагрузке 50 Ом

Рис. 5. Испытательный сигнал EFT по стандарту IEC 61000-4-4 на нагрузке 50 Ом

Во время испытания пачки импульсов, имитирующие быстрые переходные процессы, подаются на линии передачи данных посредством емкостных клещей связи (рисунке 6). Эти клещи связи обеспечивают подачу импульсов EFT на испытуемые цепи без прямого подключения к ним. Емкость связи между клещами и кабелем зависит от диаметра кабеля, экрана (при его наличии) и изоляции кабеля. Край емкостных клещей связи располагается на расстоянии 50 см от испытуемого оборудования (ИО), в данном случае – оценочной платы EVAL-ADM2795EEBZ, на которую во время испытания подавались пачки импульсов частотой как 5 кГц, так и 100 кГц.

При подключении пластины заземления клещей связи к выводу GND2 приемопередатчика плата EVAL-ADM2795EEBZ демонстрирует устойчивость к быстрым переходным процессам при воздействии максимального (четвертого) уровня, определенного стандартом IEC 61000-4-4. Для этого уровня испытательное напряжение составляет ±2 кВ. При подключении пластины заземления клещей связи к выводу GND1 приемопередатчика плата EVAL-ADM2795EEBZ также демонстрирует устойчивость к быстрым переходным процессам, в соответствии со стандартом IEC 61000-4-4, и выдерживает испытательное напряжение амплитудой до ±2 кВ. Во время обоих испытаний приемопередатчик работал в штатном режиме, передавая поток данных на скорости 2,5 Мбит/с. Результаты, представленные в таблице 2, справедливы, независимо от того, был ли экран кабеля RS-485 подключен к линии GND2 во время испытания или нет. Плата EVAL-ADM2795EEBZ без повреждений выдерживает быстрые переходные процессы амплитудой до ±2 кВ по стандарту IEC 61000-4-4. Результаты соответствующих сертификационных испытаний сведены в таблицах 2 и 4.

Таблица 2. Результаты сертификационных испытаний согласно IEC 61000-4-4

Подключение заземляющей пластины клещей связи Условия испытаний, согласно IEC 61000-4-4 Результат испытания
GND2 ±2 кВ, защита от воздействий 4-го уровня Пройдено
GND1 Устойчивость к воздействию ±2 кВ Пройдено

Рис. 6. Схема соединений при испытании на устойчивость к быстрым переходным процессам относительно выводов GND1 или GND2, в соответствии со стандартом IEC 61000-4-4

Рис. 6. Схема соединений при испытании на устойчивость к быстрым переходным процессам относительно выводов GND1 или GND2, в соответствии со стандартом IEC 61000-4-4

Выбросы напряжения

Выбросы напряжения обусловлены переходными процессами, возникающими в результате коммутации или удара молнии. Коммутационные переходные процессы могут быть вызваны переключениями в мощных системах энергоснабжения, изменениями нагрузки в системах распределения электроэнергии или различными неисправностями, такими как короткое замыкание. Переходные процессы в результате ударов молний вызываются инжектированием больших токов и напряжений в электрическую цепь. Стандарт IEC 61000-4-5 устанавливает формы испытательных сигналов, методы испытаний, а также испытательные уровни для оценки устойчивости оборудования к этим опасным выбросам напряжения.

Стандартом устанавливаются форма импульса напряжения холостого хода и форма импульса тока короткого замыкания на выходе генератора. Для испытания портов RS-485, как правило, используют испытательный импульс напряжения 1,2/50 мкс, о котором и пойдет речь в этом разделе. Эффективное полное выходное сопротивление генератора выбросов составляет 2 Ом, поэтому указанному выбросу напряжения соответствует импульс тока короткого замыкания с большим пиковым значением.

Рис. 7. Форма импульса напряжения холостого хода (1,2/50 мкс) по стандарту IEC 61000-4-5

Рис. 7. Форма импульса напряжения холостого хода (1,2/50 мкс) по стандарту IEC 61000-4-5

На рисунке 7 показана форма выброса напряжения с параметрами 1,2 мкс и 50 мкс. Испытательные сигналы для оценки устойчивости к ЭСР и EFT имеют сравнимые длительность фронта импульсов, ширину и энергию импульсов. В отличие от них, длительность фронта импульса для оценки устойчивости к выбросам напряжения составляет 1,2 мкс, а ширина – 50 мкс.

Кроме того, энергия импульса выброса напряжения на три-четыре порядка больше чем энергия импульса ЭСР или EFT, поэтому выбросы напряжения считаются наиболее серьезной разновидностью электромагнитных помех.

При испытаниях на устойчивость к выбросам напряжения, согласно IEC 61000-4-5, для бесконтактной передачи энергии этих выбросов на порты линий A и B шины RS-485 используется устройство связи/развязки (УСР). Устройство связи для приемопередатчика RS-485, работающего в полудуплексном режиме, состоит из двух резисторов 80 Ом, последовательно включенных между линиями A и B шины, а также схемы связи. Значения резисторов выбраны таким образом, чтобы эквивалентное сопротивление при их параллельном соединении было равно 40 Ом. Устройство связи может быть основано на конденсаторах, газовых разрядниках, ограничительных устройствах или использовать любой другой метод, обеспечивающий правильное функционирование ИО во время проведения испытания. Во время испытания на устойчивость к выбросам напряжения на сигнальные порты подаются пять положительных и пять отрицательных импульсов с интервалом между последовательными импульсами не более 1 мин. По требованиям стандарта во время проведения испытания ИО должно функционировать в обычном режиме. Схема установки для проведения испытания на устойчивость к выбросам напряжения приведена на рисунке 8. Во время испытания приемопередатчик работал в штатном режиме, передавая поток данных на скорости 2,5 Мбит/с.

При подключении общего провода генератора выбросов к выводу GND2 ИС ADM2795E демонстрирует устойчивость к выбросам напряжения при воздействии максимального (четвертого) уровня, определенного стандартом IEC 61000-4-5. Для этого уровня испытательное напряжение холостого хода составляет ±4 кВ.

При подключении общего провода генератора выбросов к GND1 ADM2795E также обеспечивает устойчивость к выбросам, в соответствии со стандартом IEC 61000-4-5, и выдерживает испытательное напряжение до 4 кВ. Приемопередатчик выдерживает такое напряжение без повреждений и без появления ошибок передачи данных. Данное испытание показывает надежность изоляционного барьера ADM2795E. Результаты соответствующих сертификационных испытаний сведены в таблицы 3 и 4.

Таблица 3. Результаты сертификационных испытаний, согласно IEC 61000-4-5

Подключение общего провода генератора Условия испытаний, согласно IEC 61000-4-5 Результат испытания
GND2 ±4 кВ, защита от воздействий 4-го уровня Пройдено
GND1 Устойчивость к воздействию ±4 кВ Пройдено

Рис. 8. Схема соединений при испытании на устойчивость к выбросам напряжения относительно выводов GND1 или GND2, в соответствии со стандартом IEC 61000-4-5

Рис. 8. Схема соединений при испытании на устойчивость к выбросам напряжения относительно выводов GND1 или GND2, в соответствии со стандартом IEC 61000-4-5

В таблице 4 приведены характеристики ADM2795E и итоговая классификация результатов испытаний, в соответствии с указанными стандартами МЭК по электромагнитной совместимости.

Классификация результатов испытаний соотносится с качеством функционирования оборудования следующим образом:

  • Класс A – нормальное функционирование
  • Класс B – временное ухудшение качества функционирования (ошибки передачи)
  • Класс C – ухудшение качества функционирования, требующее ручного перезапуска системы
  • Класс D – прекращение функционирования

Таблица 4. Итоговая классификация результатов сертификационных испытаний ADM2795E на ЭМС

Испытание Подключение общего провода Классификация Максимальное значение испытательного сигнала
IEC 61000-4-5. Устойчивость к выбросу напряжения GND1
GND2
Класс A
Класс B
±4 кВ
±4 кВ
IEC 61000-4-4. Устойчивость к быстрым переходным процессам GND1
GND2
Класс B
Класс B
±2 кВ
±2 кВ
IEC 61000-4-2. Устойчивость к электростатическому разряду GND1
GND2
Класс B
Класс B
±8 кВ (воздушный разряд), ±9 кВ (контактный разряд)
±15 кВ (воздушный разряд), ±8 кВ (контактный разряд)
IEC 61000-4-6. Устойчивость к кондуктивным радиопомехам GND1
GND2
Класс A
Класс A
10 В/м rms
10 В/м rms
IEC 61000-4-3. Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю GND2 Класс A 30 В/м
IEC 61000-4-8. Устойчивость к магнитному полю GND2 Класс A 100 A/м

Устойчивость к кондуктивным и излучаемым радиопомехам, а также к магнитному полю

IEC 61000-4-6 – устойчивость к кондуктивным радиопомехам

Испытание на устойчивость к кондуктивным радиопомехам по стандарту IEC 61000-4-6 проводят для устройств, которые работают в условиях сильных радиопомех и имеют хотя бы один подключаемый при эксплуатации проводник или кабель: для электропитания, управления сигнальный и так далее. Источником кондуктивных радиопомех являются, в основном, электромагнитные поля, создаваемые радиопередающими устройствами. Указанные электромагнитные поля могут воздействовать по всей длине проводников, подключенных к устройствам.

При испытании по стандарту IEC 61000-4-6 используется высокочастотный сигнал, частота которого может изменяться в диапазоне 150 кГц…80/100 МГц. Этот сигнал модулируется по амплитуде синусоидальным сигналом частотой 1 кГц, при этом глубина модуляции составляет 80%. Оценочная плата EVAL-ADM2795EEBZ подвергалась испытаниям максимальной (третьей) степени жесткости, которым соответствует испытательный сигнал напряжением 10 В. Для ввода помехи использовались клещи связи, характеристики которых приведены в таблице 5. Эти клещи были установлены поверх кабеля, соединяющего между собой два приемопередатчика ADM2795E. Параметры технических средств, используемых при испытаниях, а также схема испытательной установки приведены в таблице 5 и на рисунке 9, соответственно.

Результаты испытаний по стандарту IEC 61000-4-6 приведены в таблице 6. Во время проведения всех испытаний клещи связи располагались вблизи ИО (оценочной платы EVAL-ADM2795EEBZ), а экран кабеля либо подключался к заземлению, либо оставался неподключенным. Ко второму концу кабеля RS-485 была подключена вторая плата EVAL-ADM2795EEBZ (вспомогательное оборудование). Общий провод клещей связи соединялся с выводами GND1 или GND2 испытуемого оборудования, обеспечивая путь для протекания возвратного тока переходных процессов.

Таблица 5. Технические средства, используемые при испытании по стандарту IEC 61000-4-6

Параметр Описание
Клещи связи Schaffner KEMZ 801, помещенные на расстоянии 30 см от испытуемого ТС
Степень жесткости испытания 3-я степень, 0,15…80 МГц, 10 В/м rms, АМ 80%, синусоидальный сигнал 1 кГц
Испытуемое ТС EVAL-ADM2795EEBZ
Скорость передачи данных испытуемым ТС 2,5 Мбит/с
Питание испытуемого ТС Батареи 9 В; на выводы VDD1 и VDD2 поступает напряжение 5 В
Кабель между испытуемым и вспомогательным ТС 5 м, Unitronic Profibus, калибр 22 AWG
Оконечные резисторы 120 Ом на обоих концах кабеля
Критерий успешного прохождения испытания Изменение ширины битового интервала не более чем на 10%

Таблица 6. Результаты сертификационных испытаний, согласно IEC 61000-4-6

Расстояние от клещей связи до испытуемого оборудования, см Экран кабеля Путь возвратного тока Частота испытательного сигнала, МГц Результат
30 Не подключен GND1 0,15…80 Пройдено
30 Заземлен GND1 0,15…80 Пройдено
30 Не подключен GND2 0,15…80 Пройдено
30 Заземлен GND2 0,15…80 Пройдено

Рис. 9. Схема соединений при испытании на устойчивость к кондуктивным радиопомехам относительно выводов GND1 или GND2, в соответствии со стандартом IEC 61000-4-6

Рис. 9. Схема соединений при испытании на устойчивость к кондуктивным радиопомехам относительно выводов GND1 или GND2, в соответствии со стандартом IEC 61000-4-6

IEC 61000-4-3 – устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю

Испытание, проводимое в соответствии со стандартом IEC 61000-4-3, позволяет убедиться, что электронное оборудование обладает устойчивостью к воздействию радиочастотных полей, создаваемых различными источниками. В условиях промышленных предприятий в качестве таких источников часто выступают электродвигатели и сварочное оборудование.

Для испытаний по стандарту IEC 61000-4-3 используется безэховая камера, в которой при помощи излучающей антенны создается калиброванное испытательное электромагнитное поле. Частота испытательного сигнала, подаваемого на антенну, перестраивается в диапазоне 80 МГц…2,7 ГГц. Этот высокочастотный сигнал модулируется по амплитуде синусоидальным сигналом с частотой 1 кГц, при этом глубина модуляции составляет 80%. Облучение каждой из сторон ИО проводят при вертикальной и горизонтальной поляризациях испытательного поля.

Пример испытательной установки показан на рисунке 10. Испытуемое оборудование, в качестве которого выступает плата EVAL-ADM2795EEBZ, питаемая от двух батарей напряжением 9 В, помещают в безэховую камеру. Стабилизаторы напряжения, имеющиеся на плате EVAL-ADM2795EEBZ, формируют напряжения питания VDD1 и VDD2, равные 5, 0 В. На время испытания на плату EVAL-ADM2795EEBZ устанавливается оконечный резистор шины сопротивлением 120 Ом. Генератор испытательного сигнала формирует на выводе TxD приемопередатчика ADM2795E битовую последовательность со скоростью 2,5 Мбит/с. Сигнал на выходе приемника ADM2795E (RxD) контролируется осциллографом.

Для прохождения испытания требовалось, чтобы в присутствии радиочастотного электромагнитного поля с параметрами, указанными в стандарте IEC 61000-4-3, изменение ширины битового интервала сигнала на выводе RxD составило не более 10%.

В результате оценочная плата EVAL-ADM2795EEBZ успешно прошла испытания наивысшей (четвертой) степени жесткости (напряженность испытательного поля 30 В/м) и получила сертификат соответствия требованиям IEC 61000-4-3 по устойчивости к радиочастотному электромагнитному полю.

Рис. 10. Установка для проведения испытания на устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю, в соответствии со стандартом IEC 61000-4-3

Рис. 10. Установка для проведения испытания на устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю, в соответствии со стандартом IEC 61000-4-3

IEC 61000-4-8 – устойчивость к магнитному полю

Испытание на соответствие стандарту IEC 61000-4-8 позволяет убедиться, что электронное оборудование обладает устойчивостью к магнитному полю промышленной частоты 50 и 60 Гц. В условиях промышленных предприятий такие магнитные поля создаются токами, протекающими в силовых кабелях или же силовыми трансформаторами, расположенными вблизи оборудования.

При испытании, согласно IEC 61000-4-8, магнитное поле требуемой напряженности создается током, протекающим в индукционной катушке. Испытуемое оборудование на время испытания помещается в центр этой катушки.

Пример испытательной установки показан на рисунке 11. Испытуемое оборудование, в качестве которого выступает плата EVAL-ADM2795EEBZ, питаемая от двух батарей напряжением 9 В, помещают в центр индукционной катушки. Стабилизаторы напряжения, имеющиеся на плате EVAL-ADM2795EEBZ, формируют напряжения питания VDD1 и VDD2, равные 5,0 В. На время испытания на плату EVAL-ADM2795EEBZ устанавливается оконечный резистор шины сопротивлением 120 Ом. Генератор испытательного сигнала формирует на выводе TxD приемопередатчика ADM2795E битовую последовательность со скоростью 2,5 Мбит/с. Сигнал на выходе приемника ADM2795E (RxD) контролируется осциллографом. Для прохождения испытания требовалось, чтобы в присутствии магнитного поля с параметрами, указанными в стандарте IEC 61000-4-8, изменение ширины битового интервала сигнала на выводе RxD составило не более 10%.

В результате оценочная плата EVAL-ADM2795EEBZ успешно прошла испытания наивысшей (пятой) степени жесткости (напряженность магнитного поля 100 А/м) и получила сертификат соответствия требованиям IEC 61000-4-8 по устойчивости к магнитному полю.

Рис. 11. Испытательная установка для проведения испытания на устойчивость к магнитному полю промышленной частоты, в соответствии со стандартом IEC 61000-4-8

Рис. 11. Испытательная установка для проведения испытания на устойчивость к магнитному полю промышленной частоты, в соответствии со стандартом IEC 61000-4-8

Защита от перенапряжения

ИС ADM2795E – первый приемопередатчик RS-485, в котором реализована защита от повышенного напряжения на линиях шины в рабочем диапазоне напряжений питания 3,0…5,5 В, не требующая контроля состояния цифровых выводов (входы TxD, DE и RE) приемопередатчика. Кроме того, приемопередатчик сохраняет свою работоспособность при синфазном входном напряжении в диапазоне ± 25 В.

Выходы драйвера и входы приемника шины RS-485 ИС ADM2795E защищены от попадания на них напряжения постоянного и переменного токов в диапазоне -42…+42 В (пиковое значение). Максимальный ток короткого замыкания в этом случае составляет ±250 мА. Драйвер RS-485 содержит схему следящего ограничителя тока, которая снижает выходной ток драйвера в случае, если напряжение на шине выходит за границы допустимого диапазона синфазного напряжения ±25 В. Такое решение позволяет эффективно ограничивать мощность, рассеиваемую микросхемой, и ее нагрев.

Защита от высокого напряжения ±42 В на шине

В ИС ADM2795E предусмотрена защита от высокого напряжения на выводах шины в тех случаях, когда приемопередатчик оказывается подключен к шине, на которой отсутствует оконечный резистор или резисторы смещения. Как правило, такая ситуация возникает при непосредственном подключении источника питания 24 В DC или AC к разъему шины RS-485. ИС ADM2795E может без вреда для себя выдерживать на выводах шины RS-485 напряжение в пределах ±42 В относительно GND2. Эта защита присутствует на обоих выводах шины RS-485 и действует даже при горячем подключении. Параметры схемы защиты от высокого напряжения, реализованной в ИС ADM2795E, приведены в таблицах 7 и 8. ИС ADM2795E прошла испытания напряжением ± 42 В DC и ±24 В ± 20% (rms) AC частотой 50 или 60 Гц. Причем производилась как одномоментная подача испытательного напряжения, так и подача линейно нарастающего напряжения постоянного тока. Испытание проводилось для различных состояний выводов TxD, DE и RE приемопередатчика как при включенных, так и при выключенных источниках питания. Выводы для подключения шины RS-485 выдерживают подачу высокого напряжения между выводом A и общим проводом, между выводом B и общим проводом, а также между выводами A и B.

Таблица 7. Расшифровка обозначений, используемых в таблице 8

Символ Описание
H Высокий логический уровень
L Низкий логический уровень
X Источник питания включен или выключен

Таблица 8. Защита от высокого напряжения на выводах шины

Источник питания Входы Защита на выводах шины RS-485
VDD1 VDD2 DE RE TxD
X X H/L H/L H/L -42 В DC ≤ VA ≤ +42 В DC
X X H/L H/L H/L -42 В DC ≤ VB ≤ +42 В DC
X X H/L H/L H/L -42 В DC ≤ VA ≤ +42 В DC
X X H/L H/L H/L -42 В DC ≤ VB ≤ +42 В DC

Смещение и согласование шины RS-485

Если к шине RS-485 подключены оконечный резистор и резисторы смещения, то при попадании на выводы шины высокого напряжения эти резисторы образуют путь для протекания тока к выводу питания VDD2 приемопередатчика. На такой случай в ИС ADM2795E предусмотрена встроенная схема защиты VDD2.

ИС ADM2795E – это отказоустойчивый приёмопередатчик RS-485, который также имеет защиту вывода питания. Эта защита означает, что ток, протекающий через подтягивающий резистор R1, не вызовет повреждений в цепи вывода VDD2, хотя сам подтягивающий резистор может выйти из строя, если его номинальная мощность окажется недостаточной (рисунок 12). Очевидно, что мощность, выделяемая на резисторе R1, зависит и от напряжения, попавшего на выводы шины, и от сопротивления этого резистора.

Рис. 12. Защита ADM2795E от высокого напряжения при наличии оконечного резистора и резисторов смещения шины

Рис. 12. Защита ADM2795E от высокого напряжения при наличии оконечного резистора и резисторов смещения шины

Если к шине подключен оконечный резистор, как показано на рисунке 12, то при подаче высокого напряжения между выводами A и B приемопередатчика сама ИС находится под защитой, однако оконечный резистор шины RT может выйти из строя, если его номинальная мощность окажется слишком мала. Очевидно, что мощность, выделяемая на резисторе RT, зависит и от напряжения, попавшего на выводы шины, и от сопротивления этого резистора.

Оригинал статьи

Перевел Андрей Евстифеев по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Наши информационные каналы

О компании Analog Devices

  Компания Analog Devices (AD, ADI) основана в 1965 году в Кембридже, штат Массачусетс, США двумя инженерами – выпускниками Массачусетского Технологического института (MIT) Рэем Стейтой (Ray Stata – первый президент и CEO) и Мэттью Лорбером (Matthew Lorber) с целью разработки и производства интегральных операционных усилителей (ОУ) – новых в тот момент на бурно развивающемся рынке полупроводниковой электроники изделий. Уже через три года продажи компании достигли 5,7 млн. USD. К 1970 AD о ...читать далее

Товары
Наименование
ADM2795EBRWZ-RL7 (AD)
ADM2795EARWZ-RL7 (AD)
ADM2795EBRWZ (AD)
ADM2795EARWZ (AD)
ADM2461EBRWZ (AD)
ADM2461EBRWZ-RL7 (AD)
ADM2463EBRWZ (AD)
ADM2463EBRWZ-RL7 (AD)
ADM2761EBRWZ-RL7 (AD)
ADM2761EBRWZ (AD)
ADM2763EBRWZ-RL7 (AD)
ADM2763EBRWZ (AD)