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　　電氣過應力所致功能失靈帶來的工業網絡故障時間產生的巨額費用使得網絡節點保護變得非常有必要，特別是靜電放電、電感開關和雷擊所引起的電氣瞬態的保護。因此，國際電工委員會 (IEC) 定義了三種瞬態抑制測試標準，旨在保證測試期間和測試后電路的正確運行。

　　本文簡要介紹了這些測試，并建議使用工業 RS-485 線纜和低電容瞬態電壓抑制器為您的網絡保護提供一種最有效的方法。

　　瞬態抑制測試系列

　　我們將討論三種 IEC 標準：

　　靜電放電 (ESD) 抗擾度 (IEC61000-4-2)

　　電氣快速瞬態 (EFT) 抗擾度，或猝發抗擾度 (IEC61000-4-4)

　　浪涌抗擾度 (IEC61000-4-5)

　　ESD 測試模擬了人體的靜電放電對電子設備的影響。ESD 發生器產生的測試脈沖為短歷時(100ns 以下)脈沖，并有一個約 1ns 的快速上升時間。盡管這種測試脈沖為低能量，但可以形成許多毀滅性的高電流，其足以毀壞一個收發器的內部保護電路。一個最小 ESD 測試序列由 20 次放電、10 個正極脈沖、10 個負極脈沖，以及每個脈沖之間的一秒暫停間隔組成。

　　猝發測試模擬了電感開關、繼電器觸點回跳等引起的日常開關瞬態。相比單測試脈沖的 ESD 測試，猝發發生器會產生一個完整序列的測試脈沖(稱作一個猝發)。每個猝發包括約 15000 個瞬態。一個完整測試序列的六個 10s 猝發(相互之間的暫停間隔為 10s)可在一分鐘內產生數百萬次脈沖。一次單脈沖持續時間很短(請參見圖 1b)，因此能量較低，但這種對收發器完全無休止的瞬態轟擊，會給其內部保護單元帶來巨大的挑戰。

　　浪涌測試是所有測試中最嚴格的測試，因為它模擬了雷電引起的開關瞬態。浪涌發生器產生的瞬態比 ESD 或猝發瞬態長約 1000 倍。另外，發生器的低源阻抗允許高壓下的高浪涌電流，從而代表高能量脈沖。由于其高能量成份，測試序列一般由五次正浪涌脈沖和五次負浪涌脈沖(一分鐘或更短時間脈沖之間存在時間間隔)組成。

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　　圖 1 ESD(左)、猝發(中間)和浪涌脈沖(右)舉例

　　注釋：電流和電壓被標準化。若要了解絕對值，請參考實際標準。

　　保護總線節點

　　選擇低成本的 CAT5 工業 RS-485 線纜或者平帶 (flat-band) 線纜可以消除引入總線線路的主要瞬態能量。Belden 3107A(請參見圖 2)等線纜具有編織屏蔽作用，可以極大地降低耦合至信號導線中的噪聲。更低的信號線噪聲，意味著對下列保護電路的瞬態影響更小。

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　　圖 2 具有屏蔽和加蔽線的工業 RS-485 線纜

　　圖 2 所示工業 RS-485 線纜是單雙工及半雙工數據鏈路的理想選擇。它允許將一個信號對用作總線信號線，而另一個信號對用作接地線，從而降低瞬態電流返回通路的電感。其他一些好處還包括線纜的 120 歐姆額定特性阻抗。這樣便可保證阻抗匹配 RS-485 收發器開關特性和加蔽線的添加，從而允許線纜屏蔽的簡單接地。請注意，應該僅在一個線纜末端接地，更好的選擇是在最接近單接地參考總線接地基準的末端。

　　圖 3 顯示了一個具有瞬態電壓抑制器二極管 (TVS) 保護的典型 RS-485 節點電路的簡化示意圖。最近的工藝技術進步，才實現了快速、低電容 TVS 二極管的制造。前幾代 TVS 設計表現出來的數納秒響應時間，對于 ESD 和猝發瞬態的快速上升時間來說都太慢。另外，其電容負載超出了每 TVS 器件 1000 nF，其在數據速率未降至極低水平的情況下，并不具備有效的多節點網絡保護。

　　許多現代高精密抑制器設計都具有低至皮秒范圍的響應時間，同時擁有約 10 pF 到100 pF 的電容(具體取決于器件拓撲結構和額定功率)，從而實現單總線節點保護。

　　在差動數據信號中，例如：RS-485等，一般要求三個瞬態抑制器來模擬有效的現實世界瞬態保護：兩個 TVS 器件用于實現共模瞬態(出現在 A 線路及接地和 B 線路及接地之間)保護，第三個 TVS 用于抑制 A 線路和 B 線路之間的差動瞬態。

　　作為 RS-485 連接器的螺旋式接線柱，將傳輸線纜連接至收發器 (XCVR)。三個瞬態電壓抑制器二極管 (TVS) 用于消除 A 線路及接地和 B 線路及接地之間的共模瞬態，以及 A 和 B 之間的差動瞬態。

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