如何提高 CAN 收發(fā)器的 EMC 性能

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。

在這篇文章中，我將在之前的終端主題的基礎(chǔ)上，討論分離模式終端如何提高用于樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(如 HVAC)的 CAN 安裝的電磁兼容性 (EMC) 性能。

CAN 收發(fā)器EMC 性能的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是抗射頻 (RF) 噪聲和射頻噪聲發(fā)射。國(guó)際電工委員會(huì) (IEC) 61967-4(電磁輻射測(cè)量)和 IEC 62132-4(電磁抗擾度測(cè)量)測(cè)量這兩個(gè)指標(biāo)。在這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，噪聲要么通過(guò)差分共模耦合網(wǎng)絡(luò)從網(wǎng)絡(luò)測(cè)量，要么通過(guò)網(wǎng)絡(luò)注入，如圖 1 所示。

圖 1：差分 (a) 發(fā)射和 (b) 抗擾度耦合網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)通過(guò)圖 1(a) 所示的耦合網(wǎng)絡(luò)測(cè)量CAN 網(wǎng)絡(luò)發(fā)射時(shí)，網(wǎng)絡(luò)一側(cè)的理想差分 CAN 信號(hào)將不會(huì)導(dǎo)致耦合網(wǎng)絡(luò)另一側(cè)的電氣干擾。但是在 CAN 信號(hào)中引入失配(如上升沿和下降沿之間的傳播延遲、上升/下降沿速率或共模幅度)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)共模信號(hào)，該信號(hào)將通過(guò)耦合網(wǎng)絡(luò)到達(dá)頻譜分析儀. 共模的這些變化會(huì)導(dǎo)致電磁輻射。圖 2 顯示了理想信號(hào)、所有三種失配類型以及由此產(chǎn)生的共模信號(hào)的示例。

圖 2：CAN 總線信號(hào)失配類型 (a) 理想信號(hào)、(b) 傳播延遲、(c) 上升/下降時(shí)間失配和 (d) 差分幅度失配及其對(duì)共模的影響

此外，由于 CAN 通常使用雙絞線布線，因此耦合到電纜上的任何噪聲都表現(xiàn)為共模變化，這正是 IEC 62132-4 標(biāo)準(zhǔn)中以這種方式耦合噪聲的原因，如圖 1 所示(b)。

如果您回想一下本系列的第四部分，有一種稱為分離端接的端接方案，它為總線上的共模信號(hào)創(chuàng)建一個(gè)低通電阻電容 (RC) 濾波器。這種分離端接方案將過(guò)濾由總線上的收發(fā)器引起的共模波動(dòng)和由外部噪聲耦合到總線上引起的共模波動(dòng)。

圖 3 和圖 4 顯示了這種過(guò)濾的示例。圖 3 顯示了一個(gè) CAN 收發(fā)器通過(guò)兩個(gè)并聯(lián)的 120Ω 電阻器發(fā)送 500kHz 方波。紫色數(shù)學(xué)信號(hào)顯示 CANH + CANL(共模信號(hào)的兩倍)。圖 4 顯示了相同的設(shè)置，但有一個(gè)變化：?jiǎn)蝹€(gè) 60Ω 電阻器替換為一個(gè) 120Ω 電阻器與一個(gè)分離終端(60Ω，4.7nF 接地，60Ω)并聯(lián)。圖右上方數(shù)學(xué)信號(hào)的峰峰值測(cè)量和數(shù)學(xué)信號(hào)的伏特/格從圖 3 中的 200mV/格變?yōu)閳D 4 中的 100mV/格。

圖 3：標(biāo)準(zhǔn)終端的 CAN 總線信號(hào)示例

圖 4：具有單一標(biāo)準(zhǔn)終端和單一分離終端的 CAN 總線信號(hào)示例

如您所見(jiàn)，通過(guò)添加兩個(gè)額外的無(wú)源元件來(lái)形成分離終端，共模信號(hào)峰峰值從 344 mV 下降到 138 mV。這是超過(guò) 2 倍的改進(jìn)!這將提高 CAN 裝置的輻射和抗擾度性能。

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。