CANFD 电磁兼容性能分析及改善方案
时间:2020-01-09 11:42来源:ZLG立功科技·致远电子
摘要:CAN总线技术应用领域越来越广泛,但是由于在工业设备、工业自动化等领域,电磁干扰较为严重,保证CAN总线的正常通信尤为重要。本文将介绍搭配高速CANFD收发器的总线网络电磁干扰的原因分析,及提出的具体改善方案。
一、CAN FD网络下电磁兼容分析
在电子产品的设计中,电磁兼容EMC性能对系统的影响非常大,关系到其能正常稳定运转。世界上已经开始对电子产品的电磁兼容性做强制性限制,电磁兼容性能已经成为产品性能的一个重要指标。
电磁兼容主要有两方面的内容,一个是产品本身对外界产生不良的电磁干扰影响,称为电磁干扰发射EMI;另一个是对外界电磁信号的敏感程度称为电磁敏感度EMS。干扰源、相合途径及敏感设备是电磁兼容的三要素,缺一不可。电磁兼容的详细内容如图1所示。
提高电磁兼容性措施的有三个方面:提高电子设备本身的EMC性能、对辐射性耦合使用屏蔽技术加以抑制、对传导耦合采取隔离加以抑制。
1.EMC设计
系统主站和从站电路板的设计对系统的EMC至关重要,而一个电路板的电磁辐射能力和接收能力往往是一致的。因此,在提高电路板抗干扰能力的同时,也抑制了电路板的电磁辐射。PCB板的EMC设计主要因素有以下几点:
(1)元器件选择和布局
选择EMC性能好的元器件,并尽量选择表面贴装的封装形式。器件合理布局,把相互有关的器件尽量放得靠近些,使各部件之间的引线尽量短。特别是微控制器和CAN控制器的时钟源晶体一定按规定放置,否则会不起振。
(2)合理布局地线,降低地线阻抗
地线电平是所有信号的参考电位。理想状态下,电路板上所有的地线应该等电位,但是由于地线阻抗的存在导致地线各点电位有差异,所以应该尽量减小地线阻抗。最有效的办法是做多层板,在中间专门设置一层地线面。
(3)稳定电源
电路中逻辑门输出状态切换时的瞬时效应、电源线阻抗的存在等不理想状态总会使电源线产生噪声,这些噪声不仅会造成电路工作的不正常,而且会产生较强的电磁辐射。除了设置电源线网格来减小电源线的电感和阻抗外,还可以使用储能电容。
2.电磁辐射和电磁屏蔽
电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一,电磁屏蔽不影响电路的正常工作,不需要修改电路。屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量,包括反射损耗和吸收损耗两部分。保持屏蔽体的导电连续性是电磁屏蔽效能的关键CAN总线电缆具有很强的干扰辐射和干扰接收能力。
双绞线的两根线之间具有很小的回路面积,而且双绞线的每两个相邻回路上感应出的电流具有相反的方向,相互抵消。双绞线的绞节越密,则效果越明显,如图2所示。为了减小系统网络中两路CAN总线之间的串扰,应该将两组双绞线分别屏蔽,电缆中不使用的导线接到信号地。
系统正常工作时,产生较大传导性干扰的环节有:开关电源、何服驱动器、IO控制设备等。而危害更大的干扰则是瞬态干扰,它的特点是时间短、幅值大、功率小。
瞬态干扰的形式有:电机状态改变时产生的电快速脉冲群干扰,雷电或大功率开关在电缆上产生的浪涌,静电放电感应等。传导干扰以共模形式居多,也有部分差模干扰。在系统中为保证CAN总线通讯的可靠性而使用的EMC措施有:信号保护器、瞬态抑制二极管TVS、隔离收发器、光电隔离等。
(1)信号保护器
外接专用的信号保护器消除干扰,如ZF-12Y2消耗干扰强度和CANFDbridge网桥做隔离。
瞬态抑制二极管并联在信号线和信号地之间,用来保护电缆受到雷击或静电放电时产生的浪涌高压。当TVS上的电压超过一定的幅度时,器件迅速导通,从而将浪涌能量泄放掉,并将电压的幅度限制在一定的范围内。
(3) 隔离收发器
隔离是解决传导干扰问题的理想方法,它具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。选择隔离收发器首先要考虑传输延时,其延时时间对总线的传输距离和质量都会造成影响,建议使用磁隔离的CTM5MFD设计接口收发电路。
(4)光电隔离
光电隔离是解决传导干扰问题的理想方法,它具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。选择光耦合器件时需要考虑两个参数:传输延时和共模抑制CMR,在传输延时满足数据通讯波特率的情况下尽量选择共模抑制能力高的型号。衡量光电耦合器共模抑制能力的方法为:输出保持高(低)时可承受的最大共模电压上升(下降)率CMH(CML)。使用光电隔离后,也必须使用电源隔离。
二、总结
各种干扰设备的辐射很复杂,要真正完全消除电磁干扰是不可能完成的任务。但是可以根据电磁兼容性的基本原理采取措施来最大限度地减小电磁干扰,并使之控制在系统可容纳的范围之内,从而保证系统或设备可靠运行。以上的改善方案,可以很好的提高CAN FD设备的电磁兼容性能。
在电子产品的设计中,电磁兼容EMC性能对系统的影响非常大,关系到其能正常稳定运转。世界上已经开始对电子产品的电磁兼容性做强制性限制,电磁兼容性能已经成为产品性能的一个重要指标。
电磁兼容主要有两方面的内容,一个是产品本身对外界产生不良的电磁干扰影响,称为电磁干扰发射EMI;另一个是对外界电磁信号的敏感程度称为电磁敏感度EMS。干扰源、相合途径及敏感设备是电磁兼容的三要素,缺一不可。电磁兼容的详细内容如图1所示。
图1 电磁兼容
如图1所示,电磁干扰信号的耦合途径有传导和辐射两种。而根据耦合结果不同,干扰又分为共模干扰和差模干扰,共模干扰存在于所有的信号线(包括信号线、数据线和电源线等)和地线之间,而差模干扰存在于信号线之间。提高电磁兼容性措施的有三个方面:提高电子设备本身的EMC性能、对辐射性耦合使用屏蔽技术加以抑制、对传导耦合采取隔离加以抑制。
1.EMC设计
系统主站和从站电路板的设计对系统的EMC至关重要,而一个电路板的电磁辐射能力和接收能力往往是一致的。因此,在提高电路板抗干扰能力的同时,也抑制了电路板的电磁辐射。PCB板的EMC设计主要因素有以下几点:
(1)元器件选择和布局
选择EMC性能好的元器件,并尽量选择表面贴装的封装形式。器件合理布局,把相互有关的器件尽量放得靠近些,使各部件之间的引线尽量短。特别是微控制器和CAN控制器的时钟源晶体一定按规定放置,否则会不起振。
(2)合理布局地线,降低地线阻抗
地线电平是所有信号的参考电位。理想状态下,电路板上所有的地线应该等电位,但是由于地线阻抗的存在导致地线各点电位有差异,所以应该尽量减小地线阻抗。最有效的办法是做多层板,在中间专门设置一层地线面。
(3)稳定电源
电路中逻辑门输出状态切换时的瞬时效应、电源线阻抗的存在等不理想状态总会使电源线产生噪声,这些噪声不仅会造成电路工作的不正常,而且会产生较强的电磁辐射。除了设置电源线网格来减小电源线的电感和阻抗外,还可以使用储能电容。
2.电磁辐射和电磁屏蔽
电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一,电磁屏蔽不影响电路的正常工作,不需要修改电路。屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量,包括反射损耗和吸收损耗两部分。保持屏蔽体的导电连续性是电磁屏蔽效能的关键CAN总线电缆具有很强的干扰辐射和干扰接收能力。
双绞线的两根线之间具有很小的回路面积,而且双绞线的每两个相邻回路上感应出的电流具有相反的方向,相互抵消。双绞线的绞节越密,则效果越明显,如图2所示。为了减小系统网络中两路CAN总线之间的串扰,应该将两组双绞线分别屏蔽,电缆中不使用的导线接到信号地。
图2 增加双绞密度,屏蔽接地
3.传导干扰和信号隔离系统正常工作时,产生较大传导性干扰的环节有:开关电源、何服驱动器、IO控制设备等。而危害更大的干扰则是瞬态干扰,它的特点是时间短、幅值大、功率小。
瞬态干扰的形式有:电机状态改变时产生的电快速脉冲群干扰,雷电或大功率开关在电缆上产生的浪涌,静电放电感应等。传导干扰以共模形式居多,也有部分差模干扰。在系统中为保证CAN总线通讯的可靠性而使用的EMC措施有:信号保护器、瞬态抑制二极管TVS、隔离收发器、光电隔离等。
(1)信号保护器
外接专用的信号保护器消除干扰,如ZF-12Y2消耗干扰强度和CANFDbridge网桥做隔离。
图3 信号保护器与CANFDBridge隔离
(2) 瞬态抑制二极管TVS瞬态抑制二极管并联在信号线和信号地之间,用来保护电缆受到雷击或静电放电时产生的浪涌高压。当TVS上的电压超过一定的幅度时,器件迅速导通,从而将浪涌能量泄放掉,并将电压的幅度限制在一定的范围内。
(3) 隔离收发器
隔离是解决传导干扰问题的理想方法,它具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。选择隔离收发器首先要考虑传输延时,其延时时间对总线的传输距离和质量都会造成影响,建议使用磁隔离的CTM5MFD设计接口收发电路。
图4 隔离收发器
(4)光电隔离
光电隔离是解决传导干扰问题的理想方法,它具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。选择光耦合器件时需要考虑两个参数:传输延时和共模抑制CMR,在传输延时满足数据通讯波特率的情况下尽量选择共模抑制能力高的型号。衡量光电耦合器共模抑制能力的方法为:输出保持高(低)时可承受的最大共模电压上升(下降)率CMH(CML)。使用光电隔离后,也必须使用电源隔离。
二、总结
各种干扰设备的辐射很复杂,要真正完全消除电磁干扰是不可能完成的任务。但是可以根据电磁兼容性的基本原理采取措施来最大限度地减小电磁干扰,并使之控制在系统可容纳的范围之内,从而保证系统或设备可靠运行。以上的改善方案,可以很好的提高CAN FD设备的电磁兼容性能。
免责声明:本文若是转载新闻稿,转载此文目的是在于传递更多的信息,版权归原作者所有。文章所用文字、图片、视频等素材如涉及作品版权问题,请联系本网编辑予以删除。
我要投稿
近期活动
- 安森美汽车&能源基础设施白皮书下载活动时间:2024年04月01日 - 2024年10月31日[立即参与]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年09月01日 - 2023年09月30日[查看回顾]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年08月01日 - 2023年08月31日[查看回顾]
- 【在线答题活动】PI 智能家居热门产品,带您领略科技智慧家庭时间:2023年06月15日 - 2023年07月15日[查看回顾]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年06月01日 - 2023年06月30日[查看回顾]
分类排行榜
- 汽车电子电源行业可靠性要求,你了解多少?
- 内置可编程模拟功能的新型 Renesas Synergy™ 低功耗 S1JA 微控制器
- Vishay 推出高集成度且符合 IrDA® 标准的红外收发器模块
- ROHM 发布全新车载升降压电源芯片组
- 艾迈斯半导体推出行业超薄的接近/颜色传感器模块,助力实现无边框智能手机设计
- 艾迈斯半导体与 Qualcomm Technologies 集中工程优势开发适用于手机 3D 应用的主动式立体视觉解决方案
- 维谛技术(Vertiv)同时亮相南北两大高端峰会,精彩亮点不容错过
- 缤特力推出全新商务系列耳机 助力解决开放式办公的噪音难题
- CISSOID 和泰科天润(GPT)达成战略合作协议,携手推动碳化硅功率器件的广泛应用
- 瑞萨电子推出 R-Car E3 SoC,为汽车大显示屏仪表盘带来高端3D 图形处理性能
编辑推荐
小型化和稳定性如何兼得?ROHM 推出超小型高输出线性 LED 驱动器 IC,为插座型 LED 驱动 IC 装上一颗强有力的 “心脏”
众所周知,LED的驱动IC担负着在输入电压不稳定的情况下,为LED提供恒定的电流,并控制恒定(可调)亮度的作用。无论是室内照明,还是车载应用,都肩负着极为重要的使命。
- 关于反激电源效率的一个疑问
时间:2022-07-12 浏览量:10202
- 面对热拔插阐述的瞬间大电流怎么解决
时间:2022-07-11 浏览量:8958
- PFC电路对N线进行电压采样的目的是什么
时间:2022-07-08 浏览量:9599
- RCD中的C对反激稳定性有何影响
时间:2022-07-07 浏览量:7210
- 36W单反激 传导7~10M 热机5分钟后超标 不知道哪里出了问题
时间:2022-07-07 浏览量:5982
- PFC电感计算
时间:2022-07-06 浏览量:4193
- 多相同步BUCK
时间:2010-10-03 浏览量:37873
- 大家来讨论 系列之二:开机浪涌电流究竟多大?
时间:2016-01-12 浏览量:43168
- 目前世界超NB的65W适配器
时间:2016-09-28 浏览量:60031
- 精讲双管正激电源
时间:2016-11-25 浏览量:128145
- 利用ANSYS Maxwell深入探究软磁体之----电感变压器
时间:2016-09-20 浏览量:107566
- 【文原创】认真的写了一篇基于SG3525的推挽,附有详细..
时间:2015-08-27 浏览量:100308