CAN FD網絡下電磁兼容分析

 

在電子產品的設計中，電磁兼容EMC性xing能neng對dui係xi統tong的de影ying響xiang非fei常chang大da
，關guan係xi到dao其qi能neng正zheng常chang穩wen定ding運yun轉zhuan。世shi界jie上shang已yi經jing開kai始shi對dui電dian子zi產chan品pin的de電dian磁ci兼jian容rong性xing做zuo強qiang製zhi性xing限xian製zhi，電dian磁ci兼jian容rong性xing能neng已yi經jing成cheng為wei產chan品pin性xing能neng的de一yi個ge重zhong要yao指zhi標biao。

 

電磁兼容主要有兩方麵的內容


，一個是產品本身對外界產生不良的電磁幹擾影響，稱為電磁幹擾發射EMI
；另一個是對外界電磁信號的敏感程度稱為電磁敏感度EMS。幹擾源

、相合途徑及敏感設備是電磁兼容的三要素
，缺一不可。電磁兼容的詳細內容如圖1所示。

 

圖1 電磁兼容

 

如圖1所示，電磁幹擾信號的耦合途徑有傳導和輻射兩種。而根據耦合結果不同，幹擾又分為共模幹擾和差模幹擾,共模幹擾存在於所有的信號線(包括信號線、數據線和電源線等)和地線之間，而差模幹擾存在於信號線之間。

 

提高電磁兼容性措施的有三個方麵：提高電子設備本身的EMC性能、對輻射性耦合使用屏蔽技術加以抑製
、對傳導耦合采取隔離加以抑製。

 

1、EMC設計

 

係統主站和從站電路板的設計對係統的EMC至關重要,而一個電路板的電磁輻射能力和接收能力往往是一致的。因此，在提高電路板抗幹擾能力的同時
，也抑製了電路板的電磁輻射。PCB板的EMC設計主要因素有以下幾點：

 

● 元器件選擇和布局

 

選擇EMC性(xing)能(neng)好(hao)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)
，並(bing)盡(jin)量(liang)選(xuan)擇(ze)表(biao)麵(mian)貼(tie)裝(zhuang)的(de)封(feng)裝(zhuang)形(xing)式(shi)。器(qi)件(jian)合(he)理(li)布(bu)局(ju)，把(ba)相(xiang)互(hu)有(you)關(guan)的(de)器(qi)件(jian)盡(jin)量(liang)放(fang)得(de)靠(kao)近(jin)些(xie)

，使(shi)各(ge)部(bu)件(jian)之(zhi)間(jian)的(de)引(yin)線(xian)盡(jin)量(liang)短(duan)。特(te)別(bie)是(shi)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)和(he)CAN控製器的時鍾源晶體一定按規定放置，否則會不起振。

 

● 合理布局地線，降低地線阻抗

 

地(di)線(xian)電(dian)平(ping)是(shi)所(suo)有(you)信(xin)號(hao)的(de)參(can)考(kao)電(dian)位(wei)。理(li)想(xiang)狀(zhuang)態(tai)下(xia)，電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)所(suo)有(you)的(de)地(di)線(xian)應(ying)該(gai)等(deng)電(dian)位(wei)，但(dan)是(shi)由(you)於(yu)地(di)線(xian)阻(zu)抗(kang)的(de)存(cun)在(zai)導(dao)致(zhi)地(di)線(xian)各(ge)點(dian)電(dian)位(wei)有(you)差(cha)異(yi)，所(suo)以(yi)應(ying)該(gai)盡(jin)量(liang)減(jian)小(xiao)地(di)線(xian)阻(zu)抗(kang)。最(zui)有(you)效(xiao)的(de)辦(ban)法(fa)是(shi)做(zuo)多(duo)層(ceng)板(ban)，在(zai)中(zhong)間(jian)專(zhuan)門(men)設(she)置(zhi)一(yi)層(ceng)地(di)線(xian)麵(mian)。

 

● 穩定電源

 

電路中邏輯門輸出狀態切換時的瞬時效應
、電(dian)源(yuan)線(xian)阻(zu)抗(kang)的(de)存(cun)在(zai)等(deng)不(bu)理(li)想(xiang)狀(zhuang)態(tai)總(zong)會(hui)使(shi)電(dian)源(yuan)線(xian)產(chan)生(sheng)噪(zao)聲(sheng)，這(zhe)些(xie)噪(zao)聲(sheng)不(bu)僅(jin)會(hui)造(zao)成(cheng)電(dian)路(lu)工(gong)作(zuo)的(de)不(bu)正(zheng)常(chang)，而(er)且(qie)會(hui)產(chan)生(sheng)較(jiao)強(qiang)的(de)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)。除(chu)了(le)設(she)置(zhi)電(dian)源(yuan)線(xian)網(wang)格(ge)來(lai)減(jian)小(xiao)電(dian)源(yuan)線(xian)的(de)電(dian)感(gan)和(he)阻(zu)抗(kang)外(wai)
，還(hai)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)儲(chu)能(neng)電(dian)容(rong)。

 

2、電磁輻射和電磁屏蔽

 

diancipingbishijiejuediancijianrongwentidezhongyaoshouduanzhiyi
，diancipingbibuyingxiangdianludezhengchanggongzuo，buxuyaoxiugaidianlu。pingbitideyouxiaoxingyongpingbixiaonenglaiduliang，baokuofanshesunhaohexishousunhaoliangbufen。baochipingbitidedaodianlianxuxingshidiancipingbixiaonengdeguanjianCAN總線電纜具有很強的幹擾輻射和幹擾接收能力。

 

雙絞線的兩根線之間具有很小的回路麵積，而且雙絞線的每兩個相鄰回路上感應出的電流具有相反的方向,相互抵消。雙絞線的絞節越密
，則效果越明顯
，如圖2所示。為了減小係統網絡中兩路CAN總線之間的串擾
，應該將兩組雙絞線分別屏蔽，電纜中不使用的導線接到信號地。

 

圖2 增加雙絞密度
，屏蔽接地

 

3、傳導幹擾和信號隔離

 

係統正常工作時，產生較大傳導性幹擾的環節有：開關電源、何服驅動器、IO控製設備等。而危害更大的幹擾則是瞬態幹擾
，它的特點是時間短

、幅值大、功率小。

 

瞬態幹擾的形式有：電dian機ji狀zhuang態tai改gai變bian時shi產chan生sheng的de電dian快kuai速su脈mai衝chong群qun幹gan擾rao
，雷lei電dian或huo大da功gong率lv開kai關guan在zai電dian纜lan上shang產chan生sheng的de浪lang湧yong，靜jing電dian放fang電dian感gan應ying等deng。傳chuan導dao幹gan擾rao以yi共gong模mo形xing式shi居ju多duo，也ye有you部bu分fen差cha模mo幹gan擾rao。在zai係xi統tong中zhong為wei保bao證zhengCAN總線通訊的可靠性而使用的EMC措施有：信號保護器

、瞬態抑製二極管TVS
、隔離收發器

、光電隔離等。

 

● 信號保護器 

 

外接專用的信號保護器消除幹擾，如ZF-12Y2消耗幹擾強度和CANFDbridge網橋做隔離。

  

圖3 信號保護器與CANFDBridge隔離

 

● 瞬態抑製二極管TVS

 

瞬態抑製二極管並聯在信號線和信號地之間，用來保護電纜受到雷擊或靜電放電時產生的浪湧高壓。當TVS上的電壓超過一定的幅度時
，器件迅速導通，從而將浪湧能量泄放掉，並將電壓的幅度限製在一定的範圍內。

 

● 隔離收發器

 

gelishijiejuechuandaoganraowentidelixiangfangfa
，tajuyoulianghaodedianjueyuannenglihekangganraonengli。xuanzegelishoufaqishouxianyaokaolvchuanshuyanshi
，qiyanshishijianduizongxiandechuanshujulihezhiliangdouhuizaochengyingxiang，jianyishiyongcigelideCTM5MFD設計接口收發電路。

  

圖4 隔離收發器

 

● 光電隔離

 

光電隔離是解決傳導幹擾問題的理想方法，它具有良好的電絕緣能力和抗幹擾能力。選擇光耦合器件時需要考慮兩個參數：傳輸延時和共模抑製CMR，在傳輸延時滿足數據通訊波特率的情況下盡量選擇共模抑製能力高的型號。衡量光電耦合器共模抑製能力的方法為：輸出保持高(低)時可承受的最大共模電壓上升(下降)率CMH(CML)。使用光電隔離後，也必須使用電源隔離。

 

總結

 

各(ge)種(zhong)幹(gan)擾(rao)設(she)備(bei)的(de)輻(fu)射(she)很(hen)複(fu)雜(za)，要(yao)真(zhen)正(zheng)完(wan)全(quan)消(xiao)除(chu)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)是(shi)不(bu)可(ke)能(neng)完(wan)成(cheng)的(de)任(ren)務(wu)。但(dan)是(shi)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)的(de)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)采(cai)取(qu)措(cuo)施(shi)來(lai)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)小(xiao)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)，並(bing)使(shi)之(zhi)控(kong)製(zhi)在(zai)係(xi)統(tong)可(ke)容(rong)納(na)的(de)範(fan)圍(wei)之(zhi)內(nei)，從(cong)而(er)保(bao)證(zheng)係(xi)統(tong)或(huo)設(she)備(bei)可(ke)靠(kao)運(yun)行(xing)。以(yi)上(shang)的(de)改(gai)善(shan)方(fang)案(an)，可(ke)以(yi)很(hen)好(hao)的(de)提(ti)高(gao)CAN FD設備的電磁兼容性能。

本文轉載自致遠電子。

 

 

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