RS232端口静电和辐射防护设计方法

廖竹君 2020-03-15 10140

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一、接口概述

在计算机网络以及分布式工业控制系统当中，经常需要使用串行通信来实现数据交换。RS-232是最早的串行接口标准，在短距离（<15M），较低波特率串行通信当中得到了广泛应用。

二、接口电路EMC设计

RS232接口防静电设计

图1 RS232接口防静电设计

接口电路设计概述：

RS232接口多用于计算机与设备之间的通讯，用于数据监控及调试。在应用的过程中通讯电缆容易耦合外部的干扰对信号传输造成一定的影响，单板内部的干扰也可能通过电缆形成对外辐射。

从EMC原理上，进行了层次性的抑制干扰和抗敏感度的设计。

电路EMC设计说明：

（1）电路滤波设计要点：

L1、L2、C1、C2组成滤波电路，L1、L2为滤波磁珠，建议取值为600Ω/100Hz，用于抑制电路上的高频干扰；

C1、C2为滤波电容，用于滤除线上的干扰，电容取值为330pF；R1、R2为100欧姆的限流电阻，可根据实际应用情况进行增加；

C3为接口地和数字地之间的跨接电容，典型取值为1000pF，耐压要求达到2KV以上，C3容值可根据测试情况进行调整；

（2）电路防护设计要点：

D1、D2为静电保护ESD，可以根据设计需要选用2颗单路leiditech SD12C的或1颗SOT-23封装的SMC12 SMC15组成防护电路，防止在进行热插拔过程中，产生大的干扰能量和静电干扰对电路进行冲击而导致芯片损坏；

选择电路防护器件时，注意防护器件启动电压≥12V*1.2=14.4V。

接口电路设计备注：

如果设备为金属外壳，同时单板可以独立的划分出接口地，那么金属外壳与接口地直接电气连接，且单板地与接口地通过1000pF电容相连；

如果设备为非金属外壳，那么接口地PGND与单板地GND直接电气连接。

三、连接器设计

DB型金属连接器RS232信号排序设计

图2 DB型连接器结构设计

连接器RS232与机体的搭接方式：

（1）面板开孔时采用精密的铣削加工技术，使孔眼的形状更适合连接器的放置，避免孔眼切削不精确的地方出现缝隙，进而降低电磁干扰辐射；经过测试证明，精确的铣削开孔加工可以提高12~18%的电磁兼容性；

（2）机体与金属连接器之间的接合处要增加弹片，使两者接合时能够保持良好的导电性能。具体搭接方式如上图2所示：

四、线缆设计

RS232接口信号线缆

线缆设计要求： DB型金属连接器常规型

图3 RS 232 信号电缆

电缆设计：

（1） RS232信号电缆采用网状编织屏蔽层的屏蔽方式，且网状编织层编织密度要求不小于90%；

（2）信号传输线与地线相邻同组排布；组线方式如上图3所示：

（3）电缆两端需要增加磁环处理，磁环内径与电缆的外径要紧密结合，尽量选择厚长型的磁环。

走线设计：

（1） RS232电缆走线时要求远离其他强干扰源，如电源模块；

（2）电缆走线最好单独走线或与其他模拟以及功率线缆保持10cm以上距离，切不可与其他线缆一起混合捆扎。

图4 DB型金属连接器的搭接

电缆与金属连接器的搭接：

（1）屏蔽电缆的屏蔽层要求与金属连接器进行360°的搭接；搭接方式如上图4：

（2）屏蔽电缆屏蔽层要避免出现单独的“尾巴”现象。

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