隔離式CAN收發器如何提升發射和抗擾度

2020-11-25 電子發燒友

隔離式CAN收發器如何提升發射和抗擾度

電子發燒友網 發表於 2019-01-01 11:32:00

隨著目前越來越多的系統在不同電壓下運行，從電梯到電動汽車，甚至海事系統，隔離式CAN收發器已經成為不可或缺的一部分。

這些收發器將CAN（控制器區域網絡）標準的優先和仲裁功能合二為一，並提供隔離的優勢（斷開接地環路、耐壓力差、共模瞬變抗擾度等），有助於保持系統中兩個電壓域之間的可靠通信。

同非隔離式CAN系統一樣，使用隔離式CAN系統的主要問題在於隔離式CAN收發器的電磁兼容性（EMC）性能。EMC性能通過兩個參數衡量：

1. 設備產生的發射

2. 系統中幹擾產生的抗擾度

發射

發射是電磁能量的不必要釋放。在理想情況下，低發射確保子系統能運行可靠，並同時不影響相鄰子系統的性能。

根據市場（工業或汽車）和應用，系統必須符合不同的發射標準。儘管發射測試是在系統級進行的，但是設計人員通常會選擇滿足組件級要求的組件。這有助於確保單個設備不超過其本身的限值。此外，系統設計和電路板布局也對系統的整體發射性能起著重要的作用。在眾多發射測試中，Zwickau標準是針對汽車應用的嚴格測試，側重CAN收發器的發射性能。

圖1是EMC測試用電路板的示例。電路板具有三個連接至同一總線的隔離式CAN收發器。在測試點（圖1的CP1）進行發射測量，其中一個收發器發射50%佔空比、250 kHz的方波信號。

圖 1：EMC測試用的德州儀器電路板

在收發器和總線之間放置共模扼流圈（CMC）會濾除一些發射。在汽車和工業應用中，普遍使用共模扼流圈。

通過EMC測試板的 ISO1042 以傳統CAN數據速率執行的發射數據見圖2。

圖 2：ISO1042 （500 kbps執行的發射）

某些認證機構要求在使用CMC的情況下採集數據，這也利於保持低發射。在相同條件下， ISO1042 在發射方面優於競爭設備。

抗擾度

抗擾度指設備在存在幹擾的情況下正確運行的能力。為了證明隔離式CAN器件的抗噪能力，我們對圖1所示的相同電路執行了直接功率注入（DPI）測試，但採用不同的耦合網絡。對總線上注入的噪音頻率進行掃描，並通過掩膜測試檢查發射和接收模式的差異。測試所注入的噪音信號包括連續波（CW）噪音信號和調幅（AM）噪音信號。AM信號為80%的1-kHz信號。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間限值（±0.2μs）的變化則視為失敗。

我們在兩種不同條件下執行了測試：

1. 無共模扼流圈的36 dBm注入噪音

2. 共模扼流圈的39 dBm噪音信號

圖3和圖4顯示了傳統CAN在兩種條件下的 ISO1042 圖。在兩種情況下，隔離式CAN性能高於限值線，表明通過了DPI測試。通過這些抗擾度測試可確保通信可靠，降低系統錯誤和故障。

圖 3：無共模扼流圈的ISO1042 DPI測試

圖 4：帶共模扼流圈的ISO1042 DPI測試

預計集成隔離式CAN器件同非隔離式CAN器件一樣，可滿足相同的發射和抗擾度規範。考慮到小型封裝的低發射和高抗擾度， ISO1042 和 ISO1042-Q1 滿足工業和汽車應用的嚴格要求。

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