晶焱科技推出具有雷擊保護功能之RS485傳收器 |晶焱科技

智慧電網 (Smart Grid)是目前全世界重要的節能減碳政策之一，其

中具有可長距離通訊的RS485網路，是智慧電網中關鍵的傳輸接

口。RS-485傳輸線一般架在室外或沿電纜鋪設，所以常發生因雷

擊在傳輸線上引起瞬變干擾而損壞器件。此外，RS-485網路一般

是Party-Line (or Bus)結構，即一條匯流排(Bus)連接數十至數百個

RS485傳收器(Transceiver)。因此，雷擊浪湧(Surge)產生電壓突波

可能會導致傳輸線上數百個RS-485傳收器的損壞。故任何的電壓

突波保護措施是RS-485實際使用中必須考慮的問題，也是提高系

統可靠性及安全性重要的措施。晶焱科技本持著在ESD領域的專

業設計經驗，推出具有IEC61000-4-5 (8/20μs) ±30A雷擊功能的RS

485傳收器 (AZRS3082)，AZRS3082是目前市面上雷擊保護功能最

強大的RS485傳收器。

AZRS3082具有最強大的ESD保護功能

在傳統的RS485傳收器中，為了符合DL/T 645的標準，傳輸線接

口A,B兩端會有HBM 15kV的規格，但在實際應用上，這樣的防護

是不夠的。所以目前一般的解決方法是在RS-485傳收器外部加上

瞬變電壓抑制二極體(Transient Voltage Suppressor；TVS)來防止電

壓突波，但一般的TVS很難做到大功率，所以在雷擊浪湧到來時

，瞬間大能量會直接損壞一般的TVS，尤其是整合到晶片中的TVS

更是脆弱，所以設計上還是需要外加雷擊浪湧保護元件。

目前外加的雷擊浪湧保護元件有氣體及陶瓷放電管、壓敏電阻及

TVS三種。放電管的耐電流能力很強，但是其反應速度慢，箝制

電位也非常高(約為800V左右)，這樣的特性使其保護效果大打折

扣，常會遇到即使加了放電管，受保護元件仍會損害。壓敏電阻

其寄生電容大，導通電阻也高，且低電壓的壓敏電阻漏電流大，

也不適合用於RS-485介面保護。傳統利用半導體製作的TVS雖然

反應速度極快，但其耐高電壓、高電流的能力不足，所以難以抵

擋雷擊浪湧的衝擊。

晶焱科技陳志豪博士先生表示，晶焱科技本持著開發高可靠性、

高安全性的介面傳輸IC為目標，為了使系統客戶的設計更簡單、

更有效率為宗旨。並更進一步指出，具有強大雷擊防護功能的

TVS，一般是不容易整合到傳統 CMOS IC中，但晶焱科技本持著

ESD專業設計的背景，克服了許多技術的瓶頸，終於做到了。這

內建特殊TVS的Transmission-Line-Pulse (TLP)雙向特性如圖一所示

。與他家內建雷擊保護傳收器的雷擊浪湧的測試特性比較圖，如

圖二所示。由圖中可以看出AZRS3082不僅可承受的更高的雷擊浪

湧電流，且具有更低的雷擊箝制電壓(Surge Clamping Voltage)，當

TVS雷擊箝制電壓越低，其對晶片的保護效果會越好。

此內建特殊TVS的RS485傳收器也提供系統級靜電放電保護，使得

傳輸線接口A,B端受到更完整的保護，其RS485傳輸端A,B的ESD規

格如下：

1. IEC 61000-4-2, 接觸模式Contact Discharge ±30 kV

2. IEC 61000-4-2, 空氣放電模式Air-Gap Discharge ±30 kV

3. IEC 61000-4-2, 電子快速脈衝模式EFT (5/50ns) 4.4 kV

4. IEC 61000-4-5, 雷擊浪湧Surge (8/20μs) ±30 A

除了傳輸端A,B具有完整ESD防護外，AZRS3082內建整體防護，

Human Body Model (HBM) 靜電放電保護更是每一PIN腳均符合DL/T

645標準 (JEDEC人體模型HBM 15kV)，其全晶片ESD保護架構如圖

三所示。除此之外，為了工業級的應用其Machine Model(MM) 測試

高達800V，使其在Profibus (工業自動控制)的應用有最高的安全性

。在晶片自我防護方面，AZRS3082的Charge Device Model (CDM)

防護能力高達2kV，這使得晶片因製程環境不良所累積過多電荷

時可以強大自我保護作用。在穩定性及可靠性上，AZRS3082具閂

鎖防制能力 (Latchup Immunity)高達400mA，所以可使用在高雜訊的

環境下而無虞。

AZRS3082是長距離半雙工傳輸

RS485 的傳輸器TX端是利用差動放大器輸出其差動訊號到傳輸端

A,B，傳輸端A,B經由雙絞線將訊號傳送到另一RS485接收器RX端

上。RS485訊號傳收的速度，會受到傳輸距離的限制。當傳輸的

距離越遠，其訊號衰減越為嚴重，所以傳輸速度也就越慢。

AZRS3082是半雙工傳輸模式，也就是僅利用一條雙絞線 (匯流排)

就可以實現傳送與接收的動作。在同一匯流排中，AZRS3082可

允許有256個RS485傳收器。AZRS3082傳輸器TX的差動訊號值 (

VOD=VA-VB)可高達至少2.1V，符合Profibus的應用規格，這使得在

一定速度下的傳輸距離可以達到更遠。AZRS3082在接收端RX 的

設計上，考量RS485標準及Fail-Safe功能(A,B端誤接但安全狀態功

能)，在不同的共模電壓(VCM=-7~12V)下，將接收端RX的臨界電壓

設計在-50mV~-200mV之間，使其符合RS485標準規格同時又可以

達到Fail-Safe的要求。

AZRS3082具環保節能的設計

『智慧電網』的訴求是節能減碳，AZRS3082為了使能源在等待的

狀態下減低耗損，其關閉電流設計小於1nA。在電路整體設計上，

考量電源剛開啟時，不讓電路有短路電流流過，利用電路技巧將

整體電路先做關閉的動作，電源穩定後