CAN的目的是用多點、串行數字通訊技術取代常規的直接導線信號連接，可以節省大量車載設備的電纜布線。由於CAN總線芯片可靠性高
、協議精練、價格低、貨源廣泛，因而在工業測控領域也獲得廣泛應用。但是
，工業現場環境惡劣，電磁幹擾較為嚴重，如何保證CAN總線通訊的可靠性尤為重要。

CANsmc係統概述

北京航空航天大學和北京和利時電機技術有限公司聯合定義了一種基於CAN總線的數字伺服通訊協議——CANsmc(CAN for synchronous motion control)。CANsmc采用主從式的雙通道網絡，由一個主站和最多61個從站組成
，如圖1所示。係統的通訊由主站管理和協調，通道0為指令通道，主站通過它向各個從站發送控製指令數據。通道1為狀態通道
，各個從站通過它向主站發送運行狀態數據。 

圖1：CANsmc應用示意圖

圖1也表示了CANsmc實驗係統的組成
，包括主站控製卡、從站控製卡和兩種設備控製卡。主站控製卡基於ISA總線

，插入PC機控製單元。從站控製卡是嵌入式的CAN總線通訊卡，設備控製卡包括位置控製卡和I/O控製卡，可以控製伺服驅動器和I/O設備。

電磁兼容分析

在電子產品的設計中，電磁兼容EMC(Electro Magnetic Compatibility)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否fou正zheng常chang穩wen定ding運yun行xing。國guo際ji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。

電磁兼容主要包括兩方麵的內容，一個是產品本身對外界產生不良的電磁幹擾EMI(Electro Magnetic Interference)影響
，稱為電磁幹擾發射；另一個是對外界電磁信號的敏感程度，稱為電磁敏感度EMS(Electro Magnetic Sensitivity)。幹擾源、耦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2所示。

圖2：電磁兼容的內容

如圖2suoshi，dianciganraoxinhaodeouhetujingyouchuandaohefusheliangzhong。ergenjuouhejieguodebutong，ganraoyoufenweigongmoganraohechamoganrao。gongmoganraocunzaiyusuoyoudexinhaoxian(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。

提高電磁兼容性的措施有三種：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、對傳導耦合采取濾波技術加以抑製。

PCB板EMC設計

CANsmc係統主站和從站電路板的設計對係統的EMC至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)，而(er)一(yi)個(ge)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)能(neng)力(li)和(he)接(jie)收(shou)能(neng)力(li)往(wang)往(wang)是(shi)一(yi)致(zhi)的(de)，因(yin)此(ci)在(zai)提(ti)高(gao)電(dian)路(lu)板(ban)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)的(de)同(tong)時(shi)，也(ye)抑(yi)製(zhi)了(le)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)。PCB板的EMC設計主要考慮以下因素：

(1) 元器件選擇和布局

選擇EMCxingnenghaodeyuanqijian，bingjinliangxuanzebiaomiantiezhuangdefengzhuangxingshi。qijianhelibuju，baxianghuyouguandeqijianjinliangfangdekaojinxie，shigebujianzhijiandeyinxianjinliangduan。tebieshiweikongzhiqiheCAN控製器的時鍾源晶體，一定要按規定放置
，否則會不起振。

在位置控製卡中使用了模擬電路，應把模擬電路和高速數字電路合理地分開，使相互間的信號耦合為最小。

(2) 合理布局地線，降低地線阻抗

dixiandianpingshisuoyouxinhaodecankaodianwei。lixiangzhuangtaixia
，dianlubanshangsuoyoudedixianyinggaidengdianwei，danshiyouyudixianzukangdecunzaidaozhidixiangediandianweiyouchayi，suoyiyinggaijinliangjianxiaodixianzukang。zuiyouxiaodebanfashizuoduocengban
，zaizhongjianzhuanmenshezhiyicengdixianmian。danshiduocengbanchengbenjiaogao，benxitongzhongshiyongleshuangcengban
，zaishuangcengbandebuxianmianbuzhilejinliangduodepingxingdixian，yimianshishuipingxian
，yimianshichuizhixian，ranhouzaitamenjiaochadedifangyongguokonglianjieqilai
，xingchengdixianwangge，keyihuodejihuheduocengbanxiangtongdexiaoguo。

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(3) 穩定電源

CANsmc係統中主站使用ISA插槽供電，從站使用開關電源供電，在電源線的入口處都放置了電容低通濾波器，以過濾電源中的高頻毛刺。

電路中邏輯門輸出狀態切換時的瞬時效應、dianyuanxianzukangdecunzaidengbulixiangzhuangtaihuishidianyuanxianchanshengzaosheng，zhexiezaoshengbujinhuizaochengdianlugongzuobuzhengchang，erqiehuichanshengjiaoqiangdediancifushe。chuleshezhidianyuanxianwanggelaijianxiaodianyuanxiandedianganhezukangwai
，haikeyishiyongchunengdianrong。chunengdianrongweixinpiantigongledianlushuchufashengbianhuashisuoxudedadianliu
，bimianledianyuanxianshangdedianliutubian，jianxiaoleganyingchudezaoshengdianya。chunengdianrongbuzhizaigegexinpianfujin，shitaduixinpiandegongdianhuilumianjijinliangxiao，rongliangwei470~1000pF。對於係統中用到的微控製器和位置控製器等QTP封裝的大型芯片
，在其四周每組電源和地引腳附近都放置了儲能電容。

meipianxinpiandechunengdianrongfangdianwanbihou，xuyaojishichongdian，zuohaoxiacifangdiandezhunbei。cishi，weilejianxiaoduidianyuanxitongderaodong，zaidianyuanxianrukouchuanzhuangleyigeerjichunengdianrong
，qirongliangweixinpianchunengdianrongzongliangde10倍以上。

(4) 降低信號線間串擾

電(dian)路(lu)板(ban)信(xin)號(hao)線(xian)間(jian)的(de)串(chuan)擾(rao)也(ye)是(shi)電(dian)路(lu)工(gong)作(zuo)不(bu)穩(wen)定(ding)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)，尤(you)其(qi)是(shi)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao)線(xian)。減(jian)小(xiao)串(chuan)擾(rao)，不(bu)僅(jin)要(yao)降(jiang)低(di)線(xian)路(lu)的(de)電(dian)感(gan)
，還(hai)要(yao)關(guan)注(zhu)信(xin)號(hao)回(hui)流(liu)線(xian)，使(shi)回(hui)路(lu)麵(mian)積(ji)最(zui)小(xiao)。

在zai布bu線xian時shi，盡jin量liang控kong製zhi走zou線xian的de長chang度du，加jia大da線xian路lu的de寬kuan度du和he線xian間jian距ju離li，以yi減jian小xiao線xian路lu的de電dian感gan。使shi用yong地di線xian網wang格ge也ye可ke以yi使shi信xin號hao線xian回hui流liu麵mian積ji減jian小xiao，也ye減jian小xiao了le信xin號hao之zhi間jian的de互hu相xiang耦ou合he。重zhong要yao信xin號hao線xian和he地di線xian之zhi間jian安an裝zhuang濾lv波bo電dian容rong，以yi提ti高gao信xin號hao質zhi量liang。高gao頻pin時shi鍾zhong信xin號hao線xian用yong地di線xian隔ge離li
，以yi避bi免mian和he其qi它ta信xin號hao線xian耦ou合he。

電磁輻射和電磁屏蔽

diancipingbishijiejuediancijianrongwentidezhongyaoshouduanzhiyi
，erqiebuyingxiangdianludezhengchanggongzuo
，yincibuxuyaoxiugaidianlu。pingbitideyouxiaoxingyongpingbixiaonenglaiduliang
，baokuofanshesunhaohexishousunhaoliangbufen。baochipingbitidedaodianlianxuxingshidiancipingbixiaonengdeguanjian。

CANsmc係統中
，CANzongxiandianlanjuyouhenqiangdeganraofusheheganraojieshounengli。dianchangzaidianlanzhongganyingchugongmodianya
，ercichangzaidianlanzhongjikeyiganyingchugongmodianya，yekeyiganyingchuchamodianya。tongguopingbikeyijiangdiancichangdeganyingganraojiangdidaozuixiao，ershiyongshuangjiaoxianzejinyibuyizhilecichangganyingdechamodianya。shuangjiaoxiandelianggenxianzhijianjuyouhenxiaodehuilumianji
，erqieshuangjiaoxiandemeilianggexianglinhuilushangganyingchudedianliujuyouxiangfandefangxiang
，xianghudixiao。shuangjiaoxiandejiaojieyuemi
，zexiaoguoyuemingxian，rutu3所示。為了減小CANsmc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3：屏蔽雙絞線對電磁幹擾的抑製

根gen據ju電dian磁ci屏ping蔽bi的de原yuan理li可ke知zhi，接jie地di與yu屏ping蔽bi效xiao能neng關guan係xi並bing不bu大da，但dan是shi為wei了le降jiang低di靜jing電dian放fang電dian幹gan擾rao
，整zheng個ge屏ping蔽bi體ti需xu要yao和he大da地di相xiang連lian。因yin此ci屏ping蔽bi層ceng應ying使shi用yong連lian接jie器qi護hu套tao與yu主zhu從cong站zhan屏ping蔽bi機ji箱xiang連lian接jie在zai一yi起qi
，避bi免mian使shi用yong屏ping蔽bi層ceng撚nian成cheng小xiao辮bian的de形xing式shi。

傳導幹擾和信號濾波與隔離

CANsmc係統正常工作時，產生較大傳導性幹擾的環節有：開關電源、伺服驅動器、I/O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：電機狀態改變時產生的電快速脈衝群幹擾
、雷電或大功率開關在電纜上產生的浪湧、靜電放電感應等。傳導幹擾以共模形式居多，也有部分為差模幹擾。

CAN總線電纜是傳導幹擾傳播的一個重要途徑
，在係統中為保證CAN總線通訊的可靠性而使用的EMC措施有：LC濾波器
、瞬態抑製二極管TVS(Transient Voltage Suppressor)、光電隔離等。具體電路如圖4所示。

圖4：CANsmc濾波隔離電路圖

(1) LC濾波器

在電路板的電纜入口處安裝LC濾波器可以濾除CAN總線電纜中傳導的各種高頻幹擾信號。LC濾波器的電容並聯在CANtongxunxinhaoxianhexinhaodixianzhijian，lvchugaopinchamoganraodedianrong，yechengweipangludianrong。dianganchuanlianzaixinhaoxianshang
，ezhigongmoganraodianliu。shiyonggongmoeliuquanzekeyibimiandianganzailiuguojiaodadianliushifashengbaohe
，daozhidianganliangxiajiang。suoyoudexinhaoxiandouyaoanzhuanglvboqi，fouzezhengtixingnenghuidadaxiajiang。

LClvboqizhongdianganlianghedianrongliangdexuanzeduilvboqidexiaoguoyingxianghenda，ruguodianronglianghedianganliangxuanzeguoxiao
，zexiaoguobumingxian，ruguoxuanzeguoda，huishigongpinxinhaoshuaijian
，yinqixinhaoshizhen。zaiyingyongzhong，CAN總線最高波特率為1Mbps
，所以電容器的電容值選用1000pF，電感選用10μH的鐵氧體磁珠。

(2) 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線之間
，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。圖4中，每個信號線都使用了兩個TVS管BZX84C33進行雙向保護，它的額定工作電壓為33V。

(3) 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(Propagation Delay)和共模抑製CMR(Common Mode Rejection)
，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)。