降低隔離式CAN系統(tǒng)的發(fā)射并提高抗擾度

作者：德州儀器Neel Seshan

隨著目前越來越多的系統(tǒng)在不同電壓下運(yùn)行，從電梯到電動(dòng)汽車，甚至海事系統(tǒng)，隔離式CAN收發(fā)器已經(jīng)成為不可或缺的一部分。

這些收發(fā)器將CAN(控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)先和仲裁功能合二為一，并提供隔離的優(yōu)勢(shì)(斷開接地環(huán)路、耐壓力差、共模瞬變抗擾度等)，有助于保持系統(tǒng)中兩個(gè)電壓域之間的可靠通信。

同非隔離式CAN系統(tǒng)一樣，使用隔離式CAN系統(tǒng)的主要問題在于隔離式CAN收發(fā)器的電磁兼容性(EMC)性能。EMC性能通過兩個(gè)參數(shù)衡量：

1.設(shè)備產(chǎn)生的發(fā)射

2.系統(tǒng)中干擾產(chǎn)生的抗擾度

發(fā)射

發(fā)射是電磁能量的不必要釋放。在理想情況下，低發(fā)射確保子系統(tǒng)能運(yùn)行可靠，并同時(shí)不影響相鄰子系統(tǒng)的性能。

根據(jù)市場(chǎng)(工業(yè)或汽車)和應(yīng)用，系統(tǒng)必須符合不同的發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)。盡管發(fā)射測(cè)試是在系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行的，但是設(shè)計(jì)人員通常會(huì)選擇滿足組件級(jí)要求的組件。這有助于確保單個(gè)設(shè)備不超過其本身的限值。此外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電路板布局也對(duì)系統(tǒng)的整體發(fā)射性能起著重要的作用。在眾多發(fā)射測(cè)試中，Zwickau標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)汽車應(yīng)用的嚴(yán)格測(cè)試，側(cè)重CAN收發(fā)器的發(fā)射性能。

圖1是EMC測(cè)試用電路板的示例。電路板具有三個(gè)連接至同一總線的隔離式CAN收發(fā)器。在測(cè)試點(diǎn)(圖1的CP1)進(jìn)行發(fā)射測(cè)量，其中一個(gè)收發(fā)器發(fā)射50%占空比、250 kHz的方波信號(hào)。

圖 1：EMC測(cè)試用的德州儀器電路板

在收發(fā)器和總線之間放置共模扼流圈(CMC)會(huì)濾除一些發(fā)射。在汽車和工業(yè)應(yīng)用中，普遍使用共模扼流圈。

通過EMC測(cè)試板的 ISO1042 以傳統(tǒng)CAN數(shù)據(jù)速率執(zhí)行的發(fā)射數(shù)據(jù)見圖2。

圖 2：ISO1042 (500 kbps執(zhí)行的發(fā)射)

某些認(rèn)證機(jī)構(gòu)要求在使用CMC的情況下采集數(shù)據(jù)，這也利于保持低發(fā)射。在相同條件下， ISO1042 在發(fā)射方面優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)設(shè)備。

抗擾度

抗擾度指設(shè)備在存在干擾的情況下正確運(yùn)行的能力。為了證明隔離式CAN器件的抗噪能力，我們對(duì)圖1所示的相同電路執(zhí)行了直接功率注入(DPI)測(cè)試，但采用不同的耦合網(wǎng)絡(luò)。對(duì)總線上注入的噪音頻率進(jìn)行掃描，并通過掩膜測(cè)試檢查發(fā)射和接收模式的差異。測(cè)試所注入的噪音信號(hào)包括連續(xù)波(CW)噪音信號(hào)和調(diào)幅(AM)噪音信號(hào)。AM信號(hào)為80%的1-kHz信號(hào)。垂直方向上超過一定電壓限值(±0.9 V)或水平方向上超過時(shí)間限值(±0.2μs)的變化則視為失敗。

我們?cè)趦煞N不同條件下執(zhí)行了測(cè)試：

1.無共模扼流圈的36 dBm注入噪音

2.帶共模扼流圈的39 dBm噪音信號(hào)

圖3和圖4顯示了傳統(tǒng)CAN在兩種條件下的 ISO1042 圖。在兩種情況下，隔離式CAN性能高于限值線，表明通過了DPI測(cè)試。通過這些抗擾度測(cè)試可確保通信可靠，降低系統(tǒng)錯(cuò)誤和故障。

圖 3：無共模扼流圈的ISO1042 DPI測(cè)試

圖 4：帶共模扼流圈的ISO1042 DPI測(cè)試

預(yù)計(jì)集成隔離式CAN器件同非隔離式CAN器件一樣，可滿足相同的發(fā)射和抗擾度規(guī)范?？紤]到小型封裝的低發(fā)射和高抗擾度， ISO1042 和 ISO1042-Q1 滿足工業(yè)和汽車應(yīng)用的嚴(yán)格要求。