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MAXM22511隔离式RS-485/RS-422全双工收发模块为数据和电源通道提供完整的隔离解决方案，并在电缆侧(RS-485/RS-422驱动器/接收器侧)和设备的uart侧之间提供2500V(RMS) (60s)的电流隔离。集成的DC-DC转换器为模块的电缆侧供电，无需外部变压器，节省电路板空间并提高系统性能。由于不需要外部组件，这些模块在很小的空间内提供了大量的功能。对于需要满足严格的电磁兼容性(EMC)指南的设计人员来说，集成高频开关DC-DC是一个值得关注的问题。Maxim设计了一款emi优化板，并在MAXM22511上进行了内部噪声测量。本应用笔记讨论了设计技术，并将结果与两个竞争ic进行了比较(在竞争对手的emi优化评估板上进行了测试)。还包括MAXM22511 emi优化布局的指导原则。
最初的ANSI/EIA/TIA-485-A-1998 (RS-485)标准是为了解决RS-232和RS-422的缺点而创建的。RS-485是一种双向标准，在单个总线上具有多个驱动器和接收器，其中每个驱动器可以放弃或驱动总线。RS-485结合了点对点RS-422标准的规格，但更强大，这使得RS-485成为工业应用的理想选择。
为了在恶劣环境中实现可靠的通信，典型的RS-485通信模块需要一个微控制器、一个隔离屏障(即图1中的光耦合器)、一个收发器(半双工或全双工)和一根电缆。电路的逻辑侧和隔离侧都需要电源。从历史上看，这些组件中的每一个都是独立完成的(图1)。尽管在某些特殊情况下是最佳的，但离散电路往往是大而昂贵的。许多组件的使用需要大量的电路板空间和额外的BOM和组装成本。虽然仍然在一些有限的应用中使用，但多年来，离散构建块电路已经越来越多地被高级集成解决方案所取代。例如，可以用Maxim的数字隔离器取代光耦合器，从而提供更高的数据速率，更低的功耗和更小的占地面积。集成解决方案(ic或模块)具有以下几个优点，包括更小的尺寸/占用空间、更低的成本、高可靠性和低功耗。
图1所示 分立RS-485/RS-422通信模块。
Maxim推出了一系列隔离的RS-485/RS-422收发器，用于稳健的通信，其中包括整个行业常见的标准RS-485功能(例如，数据速率高达25Mbps和转换率有限的收发器，以获得更好的EMI性能)。这些收发器集成了2.5kV或5kV隔离边界、半双工或全双工RS-485收发器和变压器驱动器，为设备的隔离(或RS-485通信)侧供电(图2)。
通过集成数据和电源控制器块，这些收发器减少了健壮通信应用的总体足迹。
图2 集成RS-485/RS-422，隔离，和变压器驱动通信块。
Maxim最新的稳健通信器件MAXM22511是一款完全集成、隔离的RS-485/RS-422全双工收发模块。该收发器不需要外部组件，并建立在Maxim在RS-485，配对通信和电源方面久经验证的领先地位之上，可用于最小的强大高性能通信解决方案(图3)。
图3 完全集成RS-485/RS-422与MAXM22511。
MAXM22511集成了工业RS-485系统所需的所有模块(例如，隔离屏障，收发器和隔离电源)。数据隔离使用Maxim专有的电容隔离技术实现。集成的DC-DC和LDO为电路的隔离侧提供稳压电源(图4)。内部变压器基于铁氧体铁芯，有助于减少不必要的EMI发射。该模块的主要特点包括集成变压器(完成隔离电源)，60% DC-DC效率，2.5kV(RMS)隔离和RS-485 I/ o±35kV ESD保护。
MAX22511解决方案的占地面积为9.35mm x 11.5mm(不需要外部组件)，降低了功耗，并具有高水平的ESD保护。该收发器是一种强大的单组件解决方案，可满足隔离工业接口的数据和电源需求。
图4 MAXM22511功能框图。
表1简要概述了Maxim的隔离式RS-485通信解决方案的发展。
| 离散的解决方案 | 第一代集成解决方案 | 完全集成的解决方案 | |
| 描述及关键ic: |
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| 不。集成电路/组件 | 6 | 2 | 1 |
| 代表EV套件 | MAX13487EEVKIT | MAX149X2EVKIT | MAXM22511EVKIT |
| PCB总面积 | 2500毫米(2) | 1000毫米(2) | 100毫米(2) |
MAXM22511评估套件旨在灵活地支持测试和原型电路，以验证MAXM22511的功能，并且没有针对最低的EMI性能进行优化。由于PCB布局和元件选择在设计电路或产品以获得最佳EMC/EMI性能时至关重要，Maxim还设计了两个EMC/EMI优化板(MAXM22511 STITCH和MAXM22511 NO_STITCH EVAL板)，用于内部评估额定噪声(图5)。联系Maxim以要求这些板的可用性。MAXM22511 EMI Gerber文件可下载。
更详细的图像
图5 MAXM22511电磁干扰测试板原理图
Maxim的EMC/EMI优化板采用三种设计技术来提高EMC/EMI性能:
集成浮动拼接电容(仅限STITCH板)
边缘保护/通过保护环
emi优化组件选择
在这两种板中，只有STITCH板在内层上设计了集成的浮动拼接电容。两种电路板都包括横跨隔离屏障的安全y型电容器。
具有隔离屏障的电路板通常具有较差的EMI性能。当信号穿过PCB上的走线时，在信号层下面的接地层上形成图像电荷。当电荷图像被迫停止时，例如，在隔离屏障处，PCB中产生差分电流和电压并产生EMI。
当PCB中的两层重叠时，就形成了电容器。PCB层可以特别放置和调整尺寸，以产生一种称为拼接电容的东西(图6)。PCB中的拼接电容允许信号电流路径下的图像电荷保持稳定，减少高开关信号，而不会增加PCB的额外成本。这种电容器的两个平行极板之间的电感很低，电容分布在很大的面积上。
图6 样品拼接电容布局。
电路板的针距电容计算为C(stitch) = C(1) || C(2) + C(3) || C(4)。
各层间电容计算为C = (l × w × e(0) × e(r))/d
其中e(0)为常数(8.854 × 10(-12)F/m)， e(r)由PCB材料决定。对于FR4, e(r) = 4.5 (type)。
MAXM225511 STITCH评估板上的浮动拼接电容由内层上的隔离铜岛组成，该内层与收发模块的电缆侧和uart侧的接平面重叠。根据上述公式，MAXM22511 STITCH评估板的拼接电容约为49pF。
图7 MAXM22511 EMC/EMI优化板布局。上(左上)，第1层(右上)，第2层用于拼接电容器(左下)，和底部(右下)。
在到达电路板边缘时，PCB中的地面和电源层上的噪声会发生变化。虽然有帮助，但使用边缘保护或在接地层周围的通孔保护环有一个显着的权衡，因为边缘保护减少了拼接电容器层上的面积。在某些情况下，电路板尺寸可能需要稍微增加，以获得最佳的拼接电容。
Maxim在EMC/EMI优化板的GNDA和GNDB层边缘使用过孔保护环。
为了优化PCB板进行EMC/EMI测试，请仔细注意电路的元件选择。MAXM22511不需要任何额外的外部组件进行操作，但EMC/EMI优化板确实包括一些跳线和头，用于访问数字信号和用于RS-485/RS-422总线连接的DB9连接器。所使用的接头结构紧凑，放置和布局受到严格控制，以避免影响PCB的EMC/EMI能力。DB9连接器包括一个内部铁氧体滤波器，以帮助平息板开关噪声。
隔离屏障之间的高dv/dt切换会导致电流在寄生电容中流动。如果这些非预期路径具有较大的环路面积，则流过环路的电流可能会加速，从而引起电磁干扰(EMI)。在GNDA和GNDB之间放置了安全额定(5kV(PEAK)) Y2电容器，以帮助降低这种噪音。这些电容器为寄生电流的流动创造了一个具有小环路面积的短路径，减少了电路板上产生的电磁干扰。
Maxim对MAXM22511 STITCH评估板和MAXM22511 NO_STITCH评估板的内部EMC/EMI评估如图8a和图8b所示。虽然所有测量都通过CISPR 11要求，但使用拼接电容可以消除任何高频噪声。
请注意，测试是在将1MHz开关信号应用于TXD (DE = V(DDA)、RE = GNDA、60欧姆 Y和Z之间的负载以及环回配置)的情况下进行的。
图8 MAXM22511 EMI优化NO_STITCH评估板测量。
图8 b MAXM22511 EMI优化的STITCH评估板测量。
利用Maxim的内部实验室，我们还将MAXM22511(与MAXM22511 STITCH评估板)与两个竞争对手进行了测试和比较:竞争对手A和竞争对手b。两个竞争对手的部件都在各自制造商设计和组装的emi优化评估板上进行了测试。结果如图9、图10和图11所示。请注意，测试是在将1MHz开关信号应用于TXD (DE = V(DDA)、RE = GNDA、60欧姆 Y和Z之间的负载以及环回配置)的情况下进行的。
图9 Maxim使用竞争对手A的内部额定排放测试结果。
图10 Maxim使用竞争对手B的内部额定排放测试结果。
图11 Maxim使用MAXM22511的内部额定排放测试结果。
MAXM22511模块提供RS-485通信和集成DC/DC电源，可在恶劣的工业环境中实现稳健的通信。Maxim的专利技术和EMI优化的PCB布局相结合，确保该收发器模块即使在不使用缝合电容PCB的情况下，也能在噪声敏感应用中具有最佳的EMI性能。
