RS485發(fā)送端波形噪聲干擾大的解決方案

1、信號串擾

串擾指的是在兩條信號線之間的耦合現(xiàn)象。信號因為空間距離近的原因?qū)е碌男盘柧€之間會出現(xiàn)不希望看到的電感性和電容性耦合從而互相干擾。電容性耦合會引發(fā)耦合電流，而電感性耦合則引發(fā)耦合電壓。在電路設(shè)計中，是一個比較棘手的問題。

2、本文概要

本文要解決的是RS485發(fā)送端波形噪聲干擾大的問題，如下圖1所示是其原理圖，RS485的發(fā)送，接收，使能控制引腳通過一個10R電阻分別直接連接到MCU端口上。這個電路是目前市面上比較常用的RS485方案，具體的實現(xiàn)方式如下：

在空閑期間，485EN為低電平，MCU處于接收狀態(tài)；在準備發(fā)送數(shù)據(jù)之前，MCU會先拉高485EN，U25處于發(fā)送狀態(tài)；發(fā)送完畢之后，485EN重新處于低電平，U25處于接收狀態(tài)。此方案的關(guān)鍵是要掌握好控制485EN引腳的高低的時機，否則會有丟包問題。

圖 1RS485 典型應(yīng)用原理圖

3、問題發(fā)現(xiàn)及解決過程

硬件測試時發(fā)現(xiàn)發(fā)射端DI的波形如下圖2所示，在信號上有很大的毛刺（電阻R15前后都一樣），測量另外一路同樣的RS485電路就不會有這種問題，分析電路原理上是不會有問題的，懷疑是這路信號被其他信號干擾了。

圖 2RS485發(fā)射引腳DI(UART6_TX)的波形圖

打開PCB圖，找到UART6_TX這根線對應(yīng)的PCB走線圖，如下圖3、圖4所示。我們可以看到這根線從MCU出來后通過過孔到第三層，然后徑直往上，在上面通過過孔回到第一層，然后通過R15電阻接入RS485芯片的DI引腳，整個路徑除了和第一層的DCDC_OUT這根線有一段短距離的平行布線之外，其余還算干凈。查看DCDC_OUT信號，發(fā)現(xiàn)DCDC_OUT是MCU的內(nèi)核電壓，系統(tǒng)選用的MCU內(nèi)部含有PMU單元，內(nèi)部DCDC單元是其中的一部分，其框圖如下圖5所示?？紤]到buck芯片的強干擾影響，猜測是內(nèi)核DCDC輸出布線對UART6_TX造成的耦合干擾。

圖 3UART6_TX走線路徑圖

圖 4UART6_TX與DCDC_OUT平行走線部分

圖 5 DCDC block diagram

同時監(jiān)測RS485發(fā)送引腳波形DI與LP點(圖5框圖中電感前)的電壓波形，如下圖6所示，可以發(fā)現(xiàn)，干擾的頻率與LP處頻率基本一致，基本可以判斷是芯片內(nèi)核電源buck芯片的平行輸出布線耦合到RS485 DI引腳上去的。

注：黃色代表RS485上波形、LP處波形

圖 6 發(fā)送端DI與LP處波形

那有人說了，這樣判斷是不是有點草率了？有沒有可能是RS485芯片部分的接收到其他地方的干擾傳導(dǎo)前面發(fā)射端的呢？好的，那我們再來驗證一下：我們先把R15電阻斷開，然后觀測靠近MCU端的波形和LP點輸出電壓波形，如下如7所示，發(fā)現(xiàn)斷開R15后，干擾波形依然存在，測量DI端波形，如下圖8所示，波形無干擾。因此，基本確定干擾由前級DCDC_OUT與UART6_TX平行布線部分串進來的。

圖7 R15斷開后測量的MCU端與LP處波形

圖8R15斷開后測量DI端波形(黃色)

4、解決方法

原因找到了，那么如何去除干擾呢？

1、布線的時候?qū)⑦@段平行布線改掉，避免平行布線或拉遠布線間距；

2、RS485發(fā)送DE引腳加一個小電容濾除噪聲，因為噪聲頻率在1.65MHz，RS485頻率最大110k，頻率相差比較大，好濾除。如下是在DI引腳處添加不同容值的電容時的測試波形圖，考慮到既要去除干擾又要保證信號波形上升下降沿的質(zhì)量，因此最終選擇用1nF電容。

圖 9 22pF時DI引腳波形圖

圖 10 220pF時DI引腳波形圖

圖 11 1nF時DI引腳波形圖

圖 12 10nF時DI引腳波形圖

審核編輯：湯梓紅