摘要：CAN總線技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,，但是由于在工業(yè)設(shè)備,、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域,，電磁干擾較為嚴(yán)重,，保證CAN總線的正常通信尤為重要,。本文將介紹搭配高速CAN FD收發(fā)器的總線網(wǎng)絡(luò)電磁干擾的原因分析,，及提出的具體改善方案,。
一,、CAN FD網(wǎng)絡(luò)下電磁兼容分析
在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，電磁兼容EMC性能對(duì)系統(tǒng)的影響非常大,，關(guān)系到其能正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn),。世界上已經(jīng)開始對(duì)電子產(chǎn)品的電磁兼容性做強(qiáng)制性限制，電磁兼容性能已經(jīng)成為產(chǎn)品性能的一個(gè)重要指標(biāo),。
電磁兼容主要有兩方面的內(nèi)容,，一個(gè)是產(chǎn)品本身對(duì)外界產(chǎn)生不良的電磁干擾影響，稱為電磁干擾發(fā)射EMI,；另一個(gè)是對(duì)外界電磁信號(hào)的敏感程度稱為電磁敏感度EMS,。干擾源、相合途徑及敏感設(shè)備是電磁兼容的三要素,，缺一不可,。電磁兼容的詳細(xì)內(nèi)容如圖1所示。
圖1 電磁兼容
如圖1所示,電磁干擾信號(hào)的耦合途徑有傳導(dǎo)和輻射兩種,。而根據(jù)耦合結(jié)果不同,，干擾又分為共模干擾和差模干擾,共模干擾存在于所有的信號(hào)線(包括信號(hào)線、數(shù)據(jù)線和電源線等)和地線之間,，而差模干擾存在于信號(hào)線之間,。
提高電磁兼容性措施的有三個(gè)方面：提高電子設(shè)備本身的EMC性能、對(duì)輻射性耦合使用屏蔽技術(shù)加以抑制,、對(duì)傳導(dǎo)耦合采取隔離加以抑制,。
1.EMC設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主站和從站電路板的設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)的EMC至關(guān)重要,而一個(gè)電路板的電磁輻射能力和接收能力往往是一致的,。因此,，在提高電路板抗干擾能力的同時(shí)，也抑制了電路板的電磁輻射,。PCB板的EMC設(shè)計(jì)主要因素有以下幾點(diǎn):
(1)元器件選擇和布局
選擇EMC性能好的元器件,，并盡量選擇表面貼裝的封裝形式。器件合理布局,，把相互有關(guān)的器件盡量放得靠近些,，使各部件之間的引線盡量短。特別是微控制器和CAN控制器的時(shí)鐘源晶體一定按規(guī)定放置,，否則會(huì)不起振,。
(2)合理布局地線,，降低地線阻抗
地線電平是所有信號(hào)的參考電位。理想狀態(tài)下,，電路板上所有的地線應(yīng)該等電位,，但是由于地線阻抗的存在導(dǎo)致地線各點(diǎn)電位有差異，所以應(yīng)該盡量減小地線阻抗,。最有效的辦法是做多層板,，在中間專門設(shè)置一層地線面。
(3)穩(wěn)定電源
電路中邏輯門輸出狀態(tài)切換時(shí)的瞬時(shí)效應(yīng),、電源線阻抗的存在等不理想狀態(tài)總會(huì)使電源線產(chǎn)生噪聲,，這些噪聲不僅會(huì)造成電路工作的不正常，而且會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射,。除了設(shè)置電源線網(wǎng)格來(lái)減小電源線的電感和阻抗外,，還可以使用儲(chǔ)能電容。
2.電磁輻射和電磁屏蔽
電磁屏蔽是解決電磁兼容問(wèn)題的重要手段之一,，電磁屏蔽不影響電路的正常工作,，不需要修改電路。屏蔽體的有效性用屏蔽效能來(lái)度量,，包括反射損耗和吸收損耗兩部分,。保持屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性是電磁屏蔽效能的關(guān)鍵CAN總線電纜具有很強(qiáng)的干擾輻射和干擾接收能力。
雙絞線的兩根線之間具有很小的回路面積,，而且雙絞線的每?jī)蓚€(gè)相鄰回路上感應(yīng)出的電流具有相反的方向,相互抵消,。雙絞線的絞節(jié)越密，則效果越明顯,，如圖2所示,。為了減小系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中兩路CAN總線之間的串?dāng)_，應(yīng)該將兩組雙絞線分別屏蔽,，電纜中不使用的導(dǎo)線接到信號(hào)地,。
圖2 增加雙絞密度，屏蔽接地
3.傳導(dǎo)干擾和信號(hào)隔離
系統(tǒng)正常工作時(shí),，產(chǎn)生較大傳導(dǎo)性干擾的環(huán)節(jié)有：開關(guān)電源,、何服驅(qū)動(dòng)器、IO控制設(shè)備等,。而危害更大的干擾則是瞬態(tài)干擾,，它的特點(diǎn)是時(shí)間短、幅值大,、功率小,。
瞬態(tài)干擾的形式有：電機(jī)狀態(tài)改變時(shí)產(chǎn)生的電快速脈沖群干擾，雷電或大功率開關(guān)在電纜上產(chǎn)生的浪涌,，靜電放電感應(yīng)等,。傳導(dǎo)干擾以共模形式居多,，也有部分差模干擾。在系統(tǒng)中為保證CAN總線通訊的可靠性而使用的EMC措施有：信號(hào)保護(hù)器,、瞬態(tài)抑制二極管TVS,、隔離收發(fā)器、光電隔離等,。
(1)信號(hào)保護(hù)器
外接專用的信號(hào)保護(hù)器消除干擾,，如ZF-12Y2消耗干擾強(qiáng)度和CANFDbridge網(wǎng)橋做隔離。
圖3 信號(hào)保護(hù)器與CANFDBridge隔離
(2)瞬態(tài)抑制二極管TVS
瞬態(tài)抑制二極管并聯(lián)在信號(hào)線和信號(hào)地之間,，用來(lái)保護(hù)電纜受到雷擊或靜電放電時(shí)產(chǎn)生的浪涌高壓,。當(dāng)TVS上的電壓超過(guò)一定的幅度時(shí)，器件迅速導(dǎo)通,，從而將浪涌能量泄放掉,，并將電壓的幅度限制在一定的范圍內(nèi)。
?。?）隔離收發(fā)器
隔離是解決傳導(dǎo)干擾問(wèn)題的理想方法,，它具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。選擇隔離收發(fā)器首先要考慮傳輸延時(shí),，其延時(shí)時(shí)間對(duì)總線的傳輸距離和質(zhì)量都會(huì)造成影響,，建議使用磁隔離的CTM5MFD設(shè)計(jì)接口收發(fā)電路。
圖4 隔離收發(fā)器
(4)光電隔離
光電隔離是解決傳導(dǎo)干擾問(wèn)題的理想方法,，它具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力,。選擇光耦合器件時(shí)需要考慮兩個(gè)參數(shù)：傳輸延時(shí)和共模抑制CMR，在傳輸延時(shí)滿足數(shù)據(jù)通訊波特率的情況下盡量選擇共模抑制能力高的型號(hào),。衡量光電耦合器共模抑制能力的方法為：輸出保持高(低)時(shí)可承受的最大共模電壓上升(下降)率CMH(CML),。使用光電隔離后，也必須使用電源隔離,。
二,、總結(jié)
各種干擾設(shè)備的輻射很復(fù)雜，要真正完全消除電磁干擾是不可能完成的任務(wù),。但是可以根據(jù)電磁兼容性的基本原理采取措施來(lái)最大限度地減小電磁干擾,，并使之控制在系統(tǒng)可容納的范圍之內(nèi)，從而保證系統(tǒng)或設(shè)備可靠運(yùn)行,。以上的改善方案,，可以很好的提高CAN FD設(shè)備的電磁兼容性能,。