RS485的接地共模电压问题
<p> 看到相关资料有讲到，RS485在远距离通信时，设备两端的大地可能存在较大的电位差，这个电位差会叠加到接收端的共模电压上，可能会使接收端的共模电压Vcm过高，使得通信不稳定或烧毁芯片。<strong>没有太理解这个共模电压是如何造成接收端芯片存在过压风险的？</strong></p><p> 下面画了一个图来表示整个链路，其中驱动端和接收端的工作地都接到大地PE（通过EF两点），假设两点之间的大地电阻为Zg，在上面产生的电位差为50V，那么接收端PE2相对于驱动端PE1的电压就是50V，但这仅仅是相对PE1而言，接收端设备的所有信号参考的都是GND2，而非PE1。即便大地压降1000V，也仅仅是将接收端的参考点抬高了1000V而已啊，内部电路与GND2之间的电压并不会因此而改变。这不就像人坐在飞机上一样是一个道理吗？怎么会造成接收端面临过压风险呢？</p>
<p> 另外还有一个问题，看到有些资料说两个设备之间不共地也可以工作，取决于共模电压，我想问的是，<strong>如果不共地（即将EF两点断开），那么A线或B线上面的电流从哪里流回去呢？</strong></p>
<p><strong> 万分感谢！</strong></p>
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<p><strong>【如果不共地（即将EF两点断开），那么A线或B线上面的电流从哪里流回去呢？】</strong></p>
<p><strong>假定A线某一瞬间电流方向自左至右，那么同一瞬间B线上电流方向自右向左。</strong></p>
<p>【假设两点之间的大地电阻为Zg，在上面产生的电位差为50V，那么接收端PE2相对于驱动端PE1的电压就是50V，但这仅仅是相对PE1而言，接收端设备的所有信号参考的都是GND2，而非PE1。】</p>
<p>此时Driver的两个输出端相对于GND2可是有50V电压，远超过Receiver芯片能够承受的范围。</p>
本帖最后由 elec32156 于 2024-9-15 18:35 编辑
<div class="quote">
<blockquote><font size="2"><a href="forum.php?mod=redirect&goto=findpost&pid=3361614&ptid=1294033" target="_blank"><font color="#999999">maychang 发表于 2024-9-15 18:05</font></a></font> 【如果不共地（即将EF两点断开），那么A线或B线上面的电流从哪里流回去呢？】 假定A线某一瞬间电流方向 ...</blockquote>
</div>
<p>非常感谢您的回复！</p>
<p>一开始我也是这么想的，差分信号互为参考，电流方向相反，一条流入一条流出。但是看了差分放大器的电路（如下图所示）很是疑惑（学艺不精）。左右两边差分输入，相当于AB两线分别驱动T1和T2，这意味着A线或B线必须相对于两个管子的发射极公共点要有足够的电位差，假设某一瞬间A线电压5V，B线电压0V，这个所谓的“5V或0V”是从驱动端发出，它是参考的驱动端的工作地，并不是接收端的工作地。如果把地给断开了，T1和T2相对于发射极就不存在这个电位差，如何让它导通而产生电流呢？另外，即便它能够导通，电流怎么会从从T1发射极流出，再从T2的发射极流入到基极再通过B线回去呢？</p>
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elec32156 发表于 2024-9-15 18:32
非常感谢您的回复！
一开始我也是这么想的，差分信号互为参考，电流方向相反，一条流入一条流出。但 ...
<p>看来你是没有区分”某个量“和”某个量的变化“。这绝对是两回事。</p>
<p>图中的iB，是基极电流（通常称为偏置电流），但对放大器来说，更重要的是基极电流的变化。实际上，三极管的电流放大倍数并不是集电极电流除以基极电流，而是集电极电流的变化除以基极电流的变化（这个变化应该尽量小）。</p>
<p>你说【电流怎么会从从T1发射极流出，再从T2的发射极流入到基极再通过B线回去呢？】说A线上电流方向与B线上电流方向相反，实际上就是一个基极电流增加而另一个基极电流减小。</p>
maychang 发表于 2024-9-15 18:20
【假设两点之间的大地电阻为Zg，在上面产生的电位差为50V，那么接收端PE2相对于驱动端PE1的电压就是50V，但 ...
<p>原来如此，想明白了，掉坑里去了<img height="28" src="https://bbs.eeworld.com.cn/static/editor/plugins/hkemoji/sticker/facebook/smiling-face-with-open-mouth-and-cold-sweat_1f605.png" width="28" />，感谢！</p>
<div class='shownolgin' data-isdigest='yes'><p>A线和B线上的电流可能会通过各自设备的内部地回流到电源或地平面</p>
</div><script>showreplylogin();</script><script type="text/javascript">(function(d,c){var a=d.createElement("script"),m=d.getElementsByTagName("script"),eewurl="//counter.eeworld.com.cn/pv/count/";a.src=eewurl+c;m.parentNode.insertBefore(a,m)})(document,523)</script> <div class='shownolgin' data-isdigest='yes'>maychang 发表于 2024-9-15 19:08
看来你是没有区分”某个量“和”某个量的变化“。这绝对是两回事。
图中的iB，是 ...
<p>确实一开始没有意识到这个问题，认为两个三极管发射结电流不可能反向流动，所以AB两线不可能形成回路。实际上是T1和T2在外部偏置的情况下，发射结这个“开关”已经被打通了，所以AB两线是可以形成电流回路的，还是基础不牢。多谢老师指点！</p>
</div><script>showreplylogin();</script> <div class='shownolgin' data-isdigest='yes'>maychang 发表于 2024-9-15 18:20
【假设两点之间的大地电阻为Zg，在上面产生的电位差为50V，那么接收端PE2相对于驱动端PE1的电压就是50V，但 ...
<p>还有一个问题想请教下您，就是在<strong>将两端的地完全断开</strong>（即将首贴图中的EF两点断开，相当于两端都是浮地设备，包括外部电源也是隔离的）的情况下，按照前面的分析，差分信号自成回路，设备可以正常通信。<strong>那么这种情况下会不会有什么其它问题呢？</strong>我看芯片厂商的隔离型485收发器，都是将两端的地给它连起来了（就是将图中的GND1和GND2连通，组成三线传输），这是出于什么考虑？</p>
<p>例如，下图是TI提供的一个参考链路图，接收器都是隔离型，<strong>但是它将工作地全部连通了。既然地不是功能所需，这是否多此一举？</strong></p>
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</div><script>showreplylogin();</script> <div class='shownolgin' data-isdigest='yes'>elec32156 发表于 2024-9-16 08:50
还有一个问题想请教下您，就是在将两端的地完全断开（即将首贴图中的EF两点断开，相当于两端都是浮地设备 ...
<p><strong>【将两端的地完全断开</strong>（即将首贴图中的EF两点断开，相当于两端都是浮地设备，包括外部电源也是隔离的）的情况下，按照前面的分析，差分信号自成回路，设备可以正常通信】</p>
<p>这种情况有时能够正常通信，但并不总是能够正常工作。原因就在于这种情况下芯片可能遭遇过大的共模电压，甚至可能损坏芯片。联接上地线后，就没有这个危险。</p>
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</div><script>showreplylogin();</script> <div class='shownolgin' data-isdigest='yes'>maychang 发表于 2024-9-16 09:23
【将两端的地完全断开（即将首贴图中的EF两点断开，相当于两端都是浮地设备，包括外部电源也是隔离的）的 ...
<p>在地完全隔离的情况下，大地已经断开了，大地电位差不会再叠加到接收端，为什么接收端还会遭遇过大的共模电压风险呢？而且在地完全断开的情况下，也不存在地环路，没有大的环路也不容易耦合各种强电磁干扰（如雷电等），是什么原因会导致Vcm被抬高呢？</p>
</div><script>showreplylogin();</script> <div class='shownolgin' data-isdigest='yes'>elec32156 发表于 2024-9-16 09:52
在地完全隔离的情况下，大地已经断开了，大地电位差不会再叠加到接收端，为什么接收端还会遭遇过大的共模 ...
<p>现场情况是非常复杂的。地线断开，未必是完全的绝缘。就算是设备外壳与大地绝缘良好，设备外壳与大地之间也必定存在分布电容。设备与大地之间的分布电容有可能因为各种各样的原因被充电，例如静电。你看运油的油罐车总要拖一根铁链到路面就知道静电有多厉害了。冬天室内若铺地毯，人在地毯上走两步，手指对着自来水管可以产生火花。人眼可见的火花，足够烧毁一堆芯片而有余。</p>
</div><script>showreplylogin();</script> <div class='shownolgin' data-isdigest='yes'>maychang 发表于 2024-9-16 10:15
现场情况是非常复杂的。地线断开，未必是完全的绝缘。就算是设备外壳与大地绝缘良好，设备外壳与大地之间 ...
<p>考虑到实际环境的浪涌和ESD问题，应该是机壳要与大地低阻抗连接的，并且在接口处增加保护电路，用于接口处的雷击浪涌防护，如下图所示。如此一来，便解决了您说的实际恶劣环境的影响。</p>
<p>假设都使用隔离型收发器，那么图中“接口侧”的GND1和GND2，与大地均处于隔离状态。<strong>连接GND1和GND2的唯一作用应该是消除两地的电位差吧？</strong>如此隔离状态下，是不是就没有连接的必要了呢。假设将其连接，就需要同时考虑三根线的浪涌防护，岂不是变得更麻烦了吗？</p>
<p><img src="/data/attachment/forum/202409/16/114822q4v4mzv8bbmys4zg.png" /> </p>
</div><script>showreplylogin();</script> <div class='shownolgin' data-isdigest='yes'>elec32156 发表于 2024-9-16 12:03
考虑到实际环境的浪涌和ESD问题，应该是机壳要与大地低阻抗连接的，并且在接口处增加保护电路，用于接口 ...
<p>【如此隔离状态下，是不是就没有连接的必要了呢。假设将其连接，就需要同时考虑三根线的浪涌防护，岂不是变得更麻烦了吗？】</p>
<p>9楼据说TI提供的参考图，联接各个GND的那根线即使某处断开，有可能RS485仍然能够工作。但此时也有可能出现10楼所说的危险。为安全起见，以联接各个GND为是。</p>
</div><script>showreplylogin();</script> <div class='shownolgin' data-isdigest='yes'><p>A线和B线上的电流可能会通过各自设备的内部地回流到电源或地平面</p>
</div><script>showreplylogin();</script> <div class='shownolgin' data-isdigest='yes'><p><br />
参考TI这个文档，说得很详细了：https://www.ti.com/lit/an/slla272d/slla272d.pdf</p>
</div><script>showreplylogin();</script> <div class='shownolgin' data-isdigest='yes'> 本帖最后由 dukedz 于 2024-9-27 11:28 编辑
<div class="quote">
<blockquote><font size="2"><a href="forum.php?mod=redirect&goto=findpost&pid=3361685&ptid=1294033" target="_blank"><font color="#999999">elec32156 发表于 2024-9-16 12:03</font></a></font> 考虑到实际环境的浪涌和ESD问题，应该是机壳要与大地低阻抗连接的，并且在接口处增加保护电路，用于接口 ...</blockquote>
</div>
<p>> 如此隔离状态下，是不是就没有连接的必要了呢</p>
<p> </p>
<p>这种情况下，受到共模干扰导致通信两端信号的共模电位差超过 485 允许范围，怎么办？<br />
</p>
</div><script>showreplylogin();</script> <div class='shownolgin' data-isdigest='yes'><p>AB两线是可以形成电流回路。</p>
<p>地线断开，不是理论上的完全的绝缘。而很有可能有一个几M到几十M的电阻。。</p>
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