RS485是一種廣泛應用於工業控制、自動化系統和通信網路中的差分訊號傳輸標準。由於其長距離傳輸、抗干擾能力強等優點，RS485在複雜環境中得到了廣泛應用。然而，RS485晶片在實際應用中面臨著多種潛在的電氣威脅，如靜電放電（ESD）、電快速瞬變（EFT）、浪湧（Surge）、共模干擾等。因此，設計有效的防護機制對於確保RS485系統的可靠性與穩定性至關重要。
RS485晶片的主要威脅
1. 靜電放電（ESD）：ESD是由人體或設備積累的靜電電荷突然釋放而產生的瞬時高電壓，放電時的瞬間高電流可能損壞晶片的輸入/輸出或電源引腳。2. 電子快速瞬變（EFT）：EFT是由開關操作或繼電器動作引起的快速暫態電壓脈衝，可能干擾或損壞RS485通訊。
3. 浪湧（Surge）：浪湧通常由雷擊或電源系統切換引起，是一種高能量的瞬態過電壓，放電時的瞬態過電流可能導致晶片永久性損壞。
4. 共模干擾：由於RS485採用差分訊號傳輸，共模干擾可能影響訊號完整性，導致通訊錯誤。
空調應用場景中的挑戰
以空調產品為例，其應用環境多樣且複雜。空調系統按市場可分為商用與家用，按功能來分則有多聯機與單聯機之別。無論是哪種類型，其使用環境均複雜多變，例如樓宇中央空調系統，往往處於複雜且高壓的供電環境中，並需經歷高溫潮濕、低溫乾燥、雷雨等極端天氣，容易遭遇EMC相關問題。
RS485晶片防護機制
為了應對上述威脅，晶焱科技RS485晶片設計加強了自身EMI抗干擾能力和EMS耐受度。以下列舉AZRS5054PA的實測防護能力。
1． ESD (IEC61000-4-2)
AZRS5054PA總線在不添加TVS防護情況下，ESD耐受度可達15kV，即遭受15kV ESD打擊下，晶片依然正常，功能完好。如圖1所示為測試環境圖。
圖1 測試環境圖
AZRS5054PA測試EFT 5kV/100kHz，60s，最高可通過4kV，Class B，如圖2所示，其訊號接收皆能正常復原發送端數據。
圖2 EFT實驗環境與信號波形
3. 共模干擾
AZRS5054PA內部獨特的設計能夠有效抑制共模干擾，提高差分訊號的抗干擾能力。EIA/TIA-485標準共模電壓最低要求為-7V~12V，而AZRS5054PA則可以通過±20V共模干擾測試，如圖3所示，其訊號依然能正常傳輸。
圖3 訊號波形
4. Surge (IEC61000-4-5)
採用常規EOS測試設備，測試標準為IEC61000-4-5 8/20us 2ohm。如圖4所示，AZRS5054PA總線引腳在沒有TVS的防護下可通過±65V浪湧能量衝擊，不會造成晶片損壞或功能異常。
圖4 實驗環境
系統端TVS防護匹配
晶焱科技除了RS485晶片本身具有高規格的EMC能力外，如圖5所示，亦可在總線端再搭配設計AZ4212-01G TVS進行系統端防護。AZ4212-01G具有Surge 25A耐受度，在ESD 8kV鉗位電壓低至17V。組成IC+TVS的整體485防護方案，可達成更安全可靠的系統防護能力。
圖5 TVS規格與接口電路圖
RS485晶片的防護機制是確保其在複雜環境中可靠運行的關鍵，通過採用ESD保護，EFT和Surge保護，共模干擾抑制、電源保護以及優化PCB設計等多種措施，可以有效地提高RS485系統的抗干擾能力和可靠性。在實際應用中，應根據具體環境和需求選擇合適的TVS防護方案，以確保系統的長期穩定運行。通過以上措施，使得RS485晶片更能夠在惡劣的空調電氣環境中保持穩定的性能，確保通信系統的可靠性和安全性。