CN117992380A - 一种rs-485串行接口的防护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种RS‑485串行接口的防护电路，包括两通道数字光电隔离器U1和RS‑485差分驱动芯片U2；U1分别与电源VCC1、VCC2、具有UART通信功能芯片、电阻R1和U2相连接；U1分别与电阻R3和R4相接；U2分别与共模电感L1和电源VCC2相接；L1第3端口，分别与安规电容C4、TVS瞬态抑制二极管D1、D2和电阻R8相接；L1第2端口分别与安规电容C5、D2、T D3和电阻R9的一端相接；R8的另一端与RS485_A端口相接；R9的另一端与RS485_B端口相接。本发明的RS‑485串行接口的防护电路，能够实现静电防护、电磁兼容和防雷防护等多种防护功能，具有重大的实践意义。
Description
技术领域
本发明涉及防护电路技术领域，特别是涉及一种RS-485串行接口的防护电路。
背景技术
随着电力电子技术的高速发展，RS-485串行接口已广泛应用于仪器仪表、工业控制、机电一体化和智能化产品等诸多领域。
RS-485串行接口在不同的使用场合，对接口的使用要求也有所不同。其中，对于铁路行业的监测设备中的RS-485接口电路和其传输线，由于经常工作在户外和牵引供电的恶劣环境条件下，对RS-485串行接口有静电防护、电磁兼容和防雷防护等方面的防护要求。
但是，目前还没有一种RS-485串行接口的配套电路，能够解决以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种RS-485串行接口的防护电路。
为此，本发明提供了一种RS-485串行接口的防护电路，其包括两通道数字光电隔离器U1和RS-485差分驱动芯片U2；
两通道数字光电隔离器U1的VDD1端口，与电源VCC1相接；
两通道数字光电隔离器U1的VDD2端口，与电源VCC2相接；
两通道数字光电隔离器U1的VIB端口，与具有UART通信功能芯片的数据发送端UART_TXD相连接；
两通道数字光电隔离器U1的VOA端口，与具有UART通信功能芯片的数据接收端UART_RXD相连接；
两通道数字光电隔离器U1的VIA端口，分别与电阻R1的一端和RS-485差分驱动芯片U2的R端口相连接；
两通道数字光电隔离器U1的GND1端口，接电线接地端GND_1；
两通道数字光电隔离器U1的GND2端口，接电线接地端GND_2；
两通道数字光电隔离器U1的VOB端口，分别与电阻R3的一端和电阻R4的一端相接；
电阻R3的另一端，分别与电阻R2的一端、电阻R1的另一端、电容C2的一端和电源VCC2相接；
电阻R4的另一端，与三极管Q1的基极连接；
电阻R2的另一端，分别与RS-485差分驱动芯片U2的DE和RE端口以及三极管Q1的集电极相接；
三极管Q1的发射极与电线接地端GND_2相接。
RS-485差分驱动芯片U2的RE和DE端口短接；
RS-485差分驱动芯片U2的D端口与电线接地端GND_2相接；
RS-485差分驱动芯片U2的GND端口，与电线接地端GND_2相接；
RS-485差分驱动芯片U2的A端口，与共模电感L1的第4端口相接；
RS-485差分驱动芯片U2的B端口，与共模电感L1的第1端口相接；
RS-485差分驱动芯片U2的VCC端口，与电源VCC2相接；
共模电感L1的第3端口，分别与安规电容C4的一端、TVS瞬态抑制二极管D1的一端、TVS瞬态抑制二极管D2的一端和电阻R8的一端相接；
共模电感L1的第2端口，分别与安规电容C5的一端、TVS瞬态抑制二极管D2的另一端、TVS瞬态抑制二极管D3的一端和电阻R9的一端相接；
电阻R8的另一端与RS485_A端口相接；
电阻R9的另一端与RS485_B端口相接。
优选地，RS-485差分驱动芯片U2的A端口，还与电阻R5的一端和电阻R6的一端相接；
RS-485差分驱动芯片U2的B端口，还与电阻R6的另一端和电阻R7的一端相接；
电阻R7的另一端，与电线接地端GND_2相接；
电阻R5的另一端，分别与电源VCC2、RS-485差分驱动芯片U2的VCC端口和电容C3的一端相接。
优选地，电源VCC2通过电容C3与电线接地端GND_2相连接。
优选地，电源VCC1通过一个电容C1与电线接地端GND_1相连接；
电源VCC2通过一个电容C2与电线接地端GND_2相连接；
优选地，安规电容C4的另一端与地线PE相连接；
安规电容C5的另一端与地线PE相连接；
TVS瞬态抑制二极管D1的另一端与地线PE相连接；
TVS瞬态抑制二极管D3的另一端与地线PE相连接。
优选地，RS485_A端口，与气体放电管G1的一端相接；
气体放电管G1的另一端，与地线PE相连接。
优选地，RS485_B端口，与气体放电管G2的一端相接；
气体放电管G2的另一端，与地线PE相连接。
优选地，电源VCC1，是5V或者3.3V的直流电源；
电源VCC2，是5V的直流电源。
优选地，电容C1和C2以及C3，均是0.1uF的陶瓷旁路电容；
共模电感L是2uH的共模电感；
电阻R1和R2，均是10KΩ的电阻；
电阻R3和R4，均是1KΩ的电阻；
电阻R5和R7，均是2KΩ的电阻；
电阻R6，是120Ω的电阻；
电阻R8和R9，均是1Ω的电阻。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种RS-485串行接口的防护电路，其设计科学，具有可靠的防护功能，能够实现静电防护、电磁兼容和防雷防护等多种防护功能，具有重大的实践意义。
经过检验，本发明提供的RS-485串行接口的防护电路，是一种抗干扰能力强、安全性高和输出信号稳定的接口电路，能够可靠地应用铁路行业的监测设备中，提升RS-485串行接口的适用性、可靠性，保证RS-485串行接口的使用安全，能够让铁路行业的监测设备上的RS-485串行接口更好地满足在户外等复杂环境下的使用需求。
附图说明
图1为本发明提供的一种RS-485串行接口的防护电路的原理图；
图2为基于本发明提供的一种RS-485串行接口的防护电路，RS-485串行接口的A端(即正端)防雷试验连接等效电路图；
图中，U1-两通道数字光电隔离器；U2-RS-485差分驱动芯片；C1-电容；C2-电容；C3-电容；C4-安规电容；C5-安规电容；
R1-电阻；R2-电阻；R3-电阻；R4-电阻；R5-电阻；R6-电阻；R7-电阻；R8-电阻；R9-电阻；
L1-共模电感；
D1-TVS瞬态抑制二极管；D2-TVS瞬态抑制二极管；D3-TVS瞬态抑制二极管；
G1-气体放电管；G2-气体放电管。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参见图1、图2，本发明提供了一种RS-485串行接口的防护电路，包括两通道数字光电隔离器U1和RS-485差分驱动芯片U2；
两通道数字光电隔离器U1的VDD1端口，与电源VCC1相接；
两通道数字光电隔离器U1的VDD2端口，与电源VCC2相接；
两通道数字光电隔离器U1的VIB端口，与位于外部的具有通用异步收发传输器(UART)通信功能芯片的数据发送端UART_TXD相连接；
两通道数字光电隔离器U1的VOA端口，与位于外部的具有UART通信功能芯片的数据接收端UART_RXD相连接；
两通道数字光电隔离器U1的VIA端口，分别与电阻R1的一端和RS-485差分驱动芯片U2的R端口相连接；
两通道数字光电隔离器U1的GND1端口，接电线接地端GND_1；
两通道数字光电隔离器U1的GND2端口，接电线接地端GND_2；
电源VCC1通过一个电容C1与电线接地端GND_1相连接；
电源VCC2通过一个电容C2与电线接地端GND_2相连接；
两通道数字光电隔离器U1的VOB端口，分别与电阻R3的一端和电阻R4的一端相接；
电阻R3的另一端，分别与电阻R2的一端、电阻R1的另一端、电容C2的一端和电源VCC2相接；
电阻R4的另一端，与三极管Q1的基极连接；
电阻R2的另一端，分别与RS-485差分驱动芯片U2的DE和RE端口以及三极管Q1的集电极相接；
三极管Q1的发射极与电线接地端GND_2相接。
RS-485差分驱动芯片U2的RE和DE端口短接；
RS-485差分驱动芯片U2的D端口与电线接地端GND_2相接；
RS-485差分驱动芯片U2的GND端口，与电线接地端GND_2相接；
RS-485差分驱动芯片U2的A端口，与共模电感L1的第4端口相接；
RS-485差分驱动芯片U2的B端口，与共模电感L1的第1端口相接；
RS-485差分驱动芯片U2的VCC端口，与电源VCC2相接；
共模电感L1的第3端口，分别与安规电容C4的一端、TVS瞬态抑制二极管D1的一端、TVS瞬态抑制二极管D2的一端和电阻R8的一端相接；
共模电感L1的第2端口，分别与安规电容C5的一端、TVS瞬态抑制二极管D2的另一端、TVS瞬态抑制二极管D3的一端和电阻R9的一端相接；
电阻R8的另一端与RS485_A端口(即RS-485串行接口的A端口)相接；
电阻R9的另一端与RS485_B端口(即RS-485串行接口的B端口)相接。
需要说明的是，RS-485串行接口的A端口和B端口既可以进行接收，也可以进行发送，可以连接同样具有RS-485通讯功能的外部设备(例如角度编码器)，例如，可以连接位于外部的布瑞特科技公司生产的BRT30+ROM4096-RT1型角度编码器。
在本发明中，需要说明的是，具有UART通信功能的芯片，是现有技术成熟的芯片，有多种型号，例如可以采用米尔科技公司生产的MYC-Y6ULY2-256N256D-50-I芯片。具有UART通信功能的芯片，其作用是接收其他外部设备发来的模拟量或数字量信号，并对信号进行分析，其具有的UART数据发送端，可以向两通道数字光电隔离器U1的VIB端口发送数据，或者其具有的UART数据接收端，可以接收两通道数字光电隔离器U1的VOA端口的数据。
在本发明中，具体实现上，两通道数字光电隔离器U1，是现有技术成熟的电子元件，例如可以采用荣湃半导体公司生产的π122M31型号的两通道数字光电隔离器，其作用为光电隔离，可以接收5V信号，也可以接收3.3V信号。
在本发明中，具体实现上，RS-485差分驱动芯片U2，是现有技术成熟的电子元件，例如可以采用友台半导体公司生产的SN65LBC184DR型号的RS-485差分驱动芯片，其作用是将UART信号和RS-485信号进行相互转换。
在本发明中，需要说明的是，共模电感L1的第1和第4端口为同名端，第2和第3端口为同名端，第1和第2端口为同一条线路，第3和第4端口为同一条线路。
在本发明中，需要说明的是，TVS瞬态抑制二极管D1、D3，采用的是意法半导体公司生产的SMBJ12CA型号的TVS瞬态抑制二极管；
TVS瞬态抑制二极管D2，采用的是意法半导体公司生产的SMBJ6.5CA型号的TVS瞬态抑制二极管。
在本发明中，具体实现上，RS-485差分驱动芯片U2的A端口，还与电阻R5的一端和电阻R6的一端相接；
RS-485差分驱动芯片U2的B端口，还与电阻R6的另一端和电阻R7的一端相接；
电阻R7的另一端，与电线接地端GND_2相接；
电阻R5的另一端，分别与电源VCC2、RS-485差分驱动芯片U2的VCC端口和电容C3的一端相接。
在本发明中，具体实现上，电源VCC2通过电容C3与电线接地端GND_2相连接。
在本发明中，具体实现上，安规电容C4的另一端与地线PE相连接；
安规电容C5的另一端与地线PE相连接；
TVS瞬态抑制二极管D1的另一端与地线PE相连接；
TVS瞬态抑制二极管D3的另一端与地线PE相连接。
在本发明中，具体实现上，RS485_A端口，与气体放电管G1的一端相接；
气体放电管G1的另一端，与地线PE相连接。
在本发明中，具体实现上，RS485_B端口，与气体放电管G2的一端相接；
气体放电管G2的另一端，与地线PE相连接。
在本发明中，具体实现上，电源VCC1，可以是5V或者3.3V的直流电源。
在本发明中，具体实现上，电源VCC2，是5V的直流电源。
在本发明中，具体实现上，电容C1和C2以及C3，均是0.1uF的陶瓷旁路电容。
在本发明中，具体实现上，安规电容C4和C5，是0.1nF(即100pF)的安规电容。
在本发明中，具体实现上，共模电感L是2uH的共模电感。
在本发明中，具体实现上，电阻R1和R2，均是10KΩ的电阻；
电阻R3和R4，均是1KΩ的电阻；
电阻R5和R7，均是2KΩ的电阻；
电阻R6，是120Ω的电阻；
电阻R8和R9，均是1Ω的电阻。
需要说明的是，在本发明中，两通道数字光电隔离器U1的作用为：隔离具有UART通信功能的芯片和RS-485差分驱动芯片之间的电路，并且能兼容输入3.3V和5V信号；
RS-485差分驱动芯片U2的作用是将UART信号转换为RS-485信号；
电容C1的作用是隔离电源VCC1中的高频噪声；
电容C2和电容C3的作用，均是隔离电源VCC2中的高频噪声；
安规电容C4、安规电容C5和共模电感L1，用于将外部的RS-485信号中的高频噪声进行隔离；
电阻R1的作用是作为上拉电阻，用于在本发明提供的RS-485串行接口的防护电路无外部信号输入时，保持两通道数字光电隔离器U1的VIA端和RS-485差分驱动芯片U2的R端为高电平；
电阻R2的作用是作为上拉电阻，用于在三极管Q1的集电极到发射极不导通时，将三极管Q1的集电极电平拉高；
电阻R3和电阻R4是限流电阻，用于对三极管Q1的基极进行限流；
电阻R5和电阻R7，分别是RS-485差分驱动芯片U2 A端口的上拉电阻和B端口的下拉电阻，在485芯U2片的A端口和B端口处于高阻态且又没有外部RS-485信号输入时，将RS-485差分驱动芯片U2的A端口电平拉高，RS-485差分驱动芯片U2的B端口电平拉低。
电阻R6是终端匹配电阻，用于减弱RS-485线路中的信号反射；
电阻R8和电阻R9，用于在气体放电管G1和气体放电管G2导通时，提供后端电阻值，方便气体放电管G1和气体放电管G2短路后端电路；
三极管Q1，用于通过U1-两通道数字光电隔离器的VOB上的高低电平，来对应控制U2-RS-485差分驱动芯片的RE端和DE端的高低电平；
TVS瞬态抑制二极管D1、TVS瞬态抑制二极管D2和TVS瞬态抑制二极管D3，用于对RS485_A端口和RS485_B端口上存在的瞬时高电压进行放电；
气体放电管G1和气体放电管G2，用于对RS485_A端口和RS485_B端口上存在的瞬时高电压进行放电。
需要说明的是，对于本发明提供的RS-485串行接口的防护电路，首先信号从具有UART通信功能的芯片发出，然后经过两通道数字光电隔离器U1进行光电隔离以及通过RS-485差分驱动芯片U2将UART信号转换成485信号(通过电平转换来实现)，再通过静电、电磁兼容和防雷防护设计，最终保证信号安全可靠收发。
为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面说明本发明的工作原理。
一、隔离功能。
两通道数字光电隔离器U1的VDD1和VDD2引脚分别连接VCC1和VCC2电源供电，VCC1电源和VCC2电源分别对电线接地端GND_1和电线接地端GND_2连接了0.1uF的陶瓷旁路电容(即电容C1和C2)，从而有效滤除电源中的高频成分；
由于两通道数字光电隔离器U1的VDD1和VDD2引脚接入两个独立的供电电源(即VCC1电源和VCC2电源)，传输通道也间彼此独立，避免由于共用电源而造成两通道数字光电隔离器U1收发传输信号互相干扰，实现了传输信号的隔离，提高了传输速率和抗干扰能力。
VCC1可以为3.3V电源、也可以为5V电源，解决了3.3V信号和5V信号兼容的问题。
二、电平转换功能(参见表1所示)。
1、空闲状态：
UART总线空闲时，TXD端和RXD端(即具有UART通信功能芯片的信号端UART_TXD和UART_RXD)为高电平，则两通道数字光电隔离器U1的VOB端为高电平，三极管Q1的基极为高电平，三极管Q1的集电极到发射极导通，RS-485差分驱动芯片U2的DE端和RE端为低电平，RS-485差分驱动芯片U2的A端和B端为高阻态，因为受到上拉和下拉电阻的影响，RS-485差分驱动芯片U2的A端为高电平，B端为低电平。
2、发送状态：
当TXD端(即具有UART通信功能芯片的信号端UART_TXD)为高电平时，则两通道数字光电隔离器U1的VIB端和VOB端为高电平，三极管Q1的基极为高电平，三极管Q1的集电极到发射极导通，RS-485差分驱动芯片U2的DE端和RE端为低电平，RS-485差分驱动芯片U2的A端和B端为高阻态，因为受到上拉和下拉电阻的影响，RS-485差分驱动芯片U2的A端为高电平，B端为低电平。
当TXD端(即具有UART通信功能芯片的信号端UART_TXD)为低电平时，则两通道数字光电隔离器U1的VIB端和VOB端为低电平，三极管Q1的基极为低电平，三极管Q1的集电极到发射极不导通，RS-485差分驱动芯片U2的DE和/RE被拉高，RS-485差分驱动芯片U2的A端为D端的值，RS-485差分驱动芯片的B端为D端的取反值，因为D端被拉低，所以RS-485差分驱动芯片U2的A端为低电平，RS-485差分驱动芯片U2的B端为高电平。
RXD端(即具有UART通信功能芯片的信号端UART_RXD)均为高电平。
3、接收状态：
TXD端(即具有UART通信功能芯片的信号端UART_TXD)始终为高电平，则两通道数字光电隔离器U1的VIB端和VOB端为高电平，三极管Q1的基极为高电平，三极管Q1的集电极到发射极导通，RS-485差分驱动芯片U2的DE端和RE端为低电平，RS-485差分驱动芯片U2的A端和B端为高阻态。
当RS485_A端口输入高电平且RS485_B端口输入低电平时，RS-485差分驱动芯片U2的R端为高电平，两通道数字光电隔离器U1的VIA端和VOA端口为高电平，RXD端(即具有UART通信功能芯片的信号端UART_RXD)为高电平。
当RS485_A端口输入低电平且RS485_B端口输入高电平时，RS-485差分驱动芯片U2的R端为低电平，两通道数字光电隔离器U1的VIA端和VOA端口为低电平，RXD端(即具有UART通信功能芯片的信号端UART_RXD)为低电平。
UART～RS-485输入输出真值表见表1所示(H为高电平，L为低电平)。
表1：输入输出真值表。
三、电磁兼容功能。
1、ESD(静电释放)防护功能；
RS-485接口的静电要求是空气放电±8kV，接触放电±6kV，静电放电属于共模干扰；RS-485接口的信号幅值是-7V～+12V，信号类型是双向；
对于本发明，其采用的现有的型号为SMBJ12CA的TVS瞬态抑制二极管(即D1和D3)的工作电压为±12V，空气放电保护±30kV，接触放电保护±30kV，可以满足设计要求，通过TVS瞬态抑制二极管即D1～D3，可以实现对RS-485接口的ESD(静电释放)防护功能。
2、电快速瞬变脉冲群防护功能。
RS-485传输平衡上线信号接口要求施加1分钟200个脉冲群，每个脉冲群由持续15ms的75个脉冲组成，每个脉冲峰值电压±2kV(开路电压)，峰值/半峰值时间为5/50ns，周期为0.2ms。
对于本发明，其采用的、现有型号为SMBJ12CA(即D1和D3)和SMBJ6.5CA(即D2)的TVS瞬态抑制二极管，施加的电快速脉冲群防护为±4KV，可以满足设计要求。
3、浪涌防护功能。
RS-485系统要求对RS-485差分驱动芯片U2的A端和B端施加±2kV各5次脉冲，开路时的峰值/半峰值时间为1.2/50us，短路时的峰值/半峰值时间为8/20us，输出阻抗42Ω，短路电流约为47.62A。
对于本发明，其采用的现有的SMBJ12CA的TVS瞬态抑制二极管(即D1和D3)，峰值电流可以承受157A(8/20us)，满足浪涌防护的要求。
4、传导骚扰抗扰度。
RS-485传输平衡上线信号接口要求施加频率为0.15MHZ～80MHz，均方根值为10V共模传导骚扰，传输信号不受影响。通过理论计算和实际试验确定由0.1nF的安规电容C4和C5以及2uH的共模电感L构成低通滤波器电路，能够将0.15MHZ～80MHz的高频干扰信号滤除；
同时，在本发明中，两通道数字光电隔离器U1，还能阻挡大于5MHz～80MHz共模骚扰信号，能够通过(光耦能够隔离10Mbps以上的信号)，提高了RS-485接口的传导骚扰抗扰度。
四、雷电防护功能。
RS-485接口雷电试验要求在端口施加开路电压峰值是6KV，短路电流峰值是0.15KA的10/700us-5/320us的组合波；RS485_A端口和RS485_B端口分别对机壳PE施加6KV的共模信号。
在本发明中，RS-485接口利用浪涌保护器件，实现对接口的雷电防护，从而实现系统的高可靠性。
在本发明中，雷电防护系统由两级组成，在RS-485接口的输入端(具体包括RS485_A端口和RS485_B端口)用气体放电管G1和G2做一级浪涌保护；
电阻R8、R9和TVS瞬态抑制二极管D1和D3做二级浪涌保护。
当雷电浪涌电压未达到气体放电管G1和G2的脉冲击穿电压时，TVS瞬态抑制二极管D1和D3先启动，把RS-485差分驱动芯片接口处的浪涌电压嵌到低电位；当雷电浪涌电压继续增大到气体放电管G1和G2的脉冲击穿电压时，浪涌电流通过气体放电管G1和G2泄放到地，起到保护作用。
需要说明的是，对于本发明，气体放电管G1和G2的作用是：分别对RS485_A端和RS485_B端口做一级共模雷电防护；TVS瞬态抑制二级管D1和D3分别对RS485_A端和RS485_B端口做二级共模雷电防护。
对于本发明，现有的SMD70XM型号的气体放电管G1和G2的最大脉冲峰值电流是2000A，大于雷电试验短路峰值电流150A，并且最大脉冲峰值放电电压是600V，小于雷电产生的浪涌电压6000V，满足设计要求；气体放电管G1和G2的直流放电电压是70V，大于线路的最大工作电压直流12V，能保证线路的正常工作，满足设计要求。
当浪涌电压小于或等于600V时，通过TVS瞬态抑制二极管D1、D3能与PE构成回路，RS485_A端口或RS485_B端口对地共模，雷电浪涌电压被TVS瞬态抑制二极管D1和D3嵌位到25.3V，启动二级雷电防护；当浪涌电压大于600V时，G1、G2气体放电管被击穿，电阻趋近于0，将D1和D3短路，一级雷电防护启动，将600V～6000V浪涌电压通过一级雷电防护泄放能量。
参见图2，图2中的P1为汇流节点，SG为雷电浪涌发生器，虚线中为浪涌发生器产生浪涌时的等效电路，r为40Ω的浪涌发生器内阻，U为浪涌发生器的瞬时电压，以A端防雷为例说明雷电防护过程：
当雷电浪涌发生器瞬时电压U达到13.3V时，TVS瞬态抑制二极管D1击穿，P1处电压为13.3V，当雷电浪涌发生器瞬时电压U达到25.3V时，TVS瞬态抑制二极管D1钳位，P1处电压为25.3V；当雷电浪涌发生器瞬时电压U达到600V时，气体放电管G1击穿，G1电阻趋近于0，并短路电阻R8和TVS瞬态抑制二极管D1，浪涌电流通过气体放电管G1流入大地。如此连接，保证后端RS-485差分驱动芯片U2不会因为A端口承担瞬时高电压而损坏。
与现有技术相比较，本发明提供的RS-485串行接口的防护电路，具有如下有益效果：
1、经过检验，与现有技术相比较，本发明提供的RS-485串行接口的防护电路，能够适应在铁路系统监测设备技术领域的应用，特别是户外设备的应用，能够准确无误的传输信息，降低更换设备的成本；
2、对于本发明提供的RS-485串行接口的防护电路，其输入端可以兼容3.3V和5V的信号，适用范围广。
3、对于本发明提供的RS-485串行接口的防护电路，其输入信号仅有TXD和RXD信号(即具有UART通信功能芯片的信号端UART_TXD信号和信号端UART_RXD信号)，没有数据方向控制信号，本发明采用的TVS瞬态抑制二极管具有防静电、防浪涌、防快速脉冲群等多重防护效果，PCB板集成度高，降低了成本。
4、此外，本发明不需要对差模防雷进行防护，因为本发明通信线为平衡线，不需要进行线-线防护，可以节省此部分成本。
5、通过应用本发明，在每个具有RS-485通信设计的设备上均采用本方案设计，可以放弃专门采用现有防雷模块的设计，可以有效的控制成本，减少占用的空间。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种RS-485串行接口的防护电路，其设计科学，具有可靠的防护功能，能够实现静电防护、电磁兼容和防雷防护等多种防护功能，具有重大的实践意义。
经过检验，本发明提供的RS-485串行接口的防护电路，是一种抗干扰能力强、安全性高和输出信号稳定的接口电路，能够可靠地应用铁路行业的监测设备中，提升RS-485串行接口的适用性、可靠性，保证RS-485串行接口的使用安全，能够让铁路行业的监测设备上的RS-485串行接口更好地满足在户外等复杂环境下的使用需求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种RS-485串行接口的防护电路，其特征在于，包括两通道数字光电隔离器U1和RS-485差分驱动芯片U2；
两通道数字光电隔离器U1的VDD1端口，与电源VCC1相接；
两通道数字光电隔离器U1的VDD2端口，与电源VCC2相接；
两通道数字光电隔离器U1的VIB端口，与具有UART通信功能芯片的数据发送端UART_TXD相连接；
两通道数字光电隔离器U1的VOA端口，与具有UART通信功能芯片的数据接收端UART_RXD相连接；
两通道数字光电隔离器U1的VIA端口，分别与电阻R1的一端和RS-485差分驱动芯片U2的R端口相连接；
两通道数字光电隔离器U1的GND1端口，接电线接地端GND_1；
两通道数字光电隔离器U1的GND2端口，接电线接地端GND_2；
两通道数字光电隔离器U1的VOB端口，分别与电阻R3的一端和电阻R4的一端相接；
电阻R3的另一端，分别与电阻R2的一端、电阻R1的另一端、电容C2的一端和电源VCC2相接；
电阻R4的另一端，与三极管Q1的基极连接；
电阻R2的另一端，分别与RS-485差分驱动芯片U2的DE和RE端口以及三极管Q1的集电极相接；
三极管Q1的发射极与电线接地端GND_2相接；
RS-485差分驱动芯片U2的RE和DE端口短接；
RS-485差分驱动芯片U2的D端口与电线接地端GND_2相接；
RS-485差分驱动芯片U2的GND端口，与电线接地端GND_2相接；
RS-485差分驱动芯片U2的A端口，与共模电感L1的第4端口相接；
RS-485差分驱动芯片U2的B端口，与共模电感L1的第1端口相接；
RS-485差分驱动芯片U2的VCC端口，与电源VCC2相接；
共模电感L1的第3端口，分别与安规电容C4的一端、TVS瞬态抑制二极管D1的一端、TVS瞬态抑制二极管D2的一端和电阻R8的一端相接；
共模电感L1的第2端口，分别与安规电容C5的一端、TVS瞬态抑制二极管D2的另一端、TVS瞬态抑制二极管D3的一端和电阻R9的一端相接；
电阻R8的另一端与RS485_A端口相接；
电阻R9的另一端与RS485_B端口相接。
2.如权利要求1所述的RS-485串行接口的防护电路，其特征在于，RS-485差分驱动芯片U2的A端口，还与电阻R5的一端和电阻R6的一端相接；
RS-485差分驱动芯片U2的B端口，还与电阻R6的另一端和电阻R7的一端相接；
电阻R7的另一端，与电线接地端GND_2相接；
电阻R5的另一端，分别与电源VCC2、RS-485差分驱动芯片U2的VCC端口和电容C3的一端相接。
3.如权利要求1所述的RS-485串行接口的防护电路，其特征在于，电源VCC2通过电容C3与电线接地端GND_2相连接。
4.如权利要求3所述的RS-485串行接口的防护电路，其特征在于，电源VCC1通过一个电容C1与电线接地端GND_1相连接；
电源VCC2通过一个电容C2与电线接地端GND_2相连接。
5.如权利要求1所述的RS-485串行接口的防护电路，其特征在于，安规电容C4的另一端与地线PE相连接；
安规电容C5的另一端与地线PE相连接；
TVS瞬态抑制二极管D1的另一端与地线PE相连接；
TVS瞬态抑制二极管D3的另一端与地线PE相连接。
6.如权利要求1所述的RS-485串行接口的防护电路，其特征在于，RS485_A端口，与气体放电管G1的一端相接；
气体放电管G1的另一端，与地线PE相连接。
7.如权利要求1所述的RS-485串行接口的防护电路，其特征在于，RS485_B端口，与气体放电管G2的一端相接；
气体放电管G2的另一端，与地线PE相连接。
8.如权利要求1所述的RS-485串行接口的防护电路，其特征在于，电源VCC1，是5V或者3.3V的直流电源；
电源VCC2，是5V的直流电源。
9.如权利要求4所述的RS-485串行接口的防护电路，其特征在于，电容C1和C2以及C3，均是0.1uF的陶瓷旁路电容；
共模电感L是2uH的共模电感；
电阻R1和R2，均是10KΩ的电阻；
电阻R3和R4，均是1KΩ的电阻；
电阻R5和R7，均是2KΩ的电阻；
电阻R6，是120Ω的电阻；
电阻R8和R9，均是1Ω的电阻。
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