CAN總線通訊的電磁兼容系統(tǒng)干擾源的解決措施

4 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，而且不影響電路的正常工作，因此不需要修改電路。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。

CANsmc系統(tǒng)中，CAN總線電纜具有很強(qiáng)的干擾輻射和干擾接收能力。電場(chǎng)在電纜中感應(yīng)出共模電壓，而磁場(chǎng)在電纜中既可以感應(yīng)出共模電壓，也可以感應(yīng)出差模電壓。通過(guò)屏蔽可以將電磁場(chǎng)的感應(yīng)干擾降低到最小，而使用雙絞線則進(jìn)一步抑制了磁場(chǎng)感應(yīng)的差模電壓。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3所示。為了減小CANsmc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)地根據(jù)電磁屏蔽的原理可知，接地與屏蔽效能關(guān)系并不大，但是為了降低靜電放電干擾，整個(gè)屏蔽體需要和大地相連。因此屏蔽層應(yīng)使用連接器護(hù)套與主從站屏蔽機(jī)箱連接在一起，避免使用屏蔽層捻成小辮的形式。

5 傳導(dǎo)干擾和信號(hào)濾波與隔離

CANsmc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(kāi)關(guān)電源、伺服驅(qū)動(dòng)器、I/O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(kāi)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，也有部分為差模干擾?！AN總線電纜是傳導(dǎo)干擾傳播的一個(gè)重要途徑，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：LC濾波器、瞬態(tài)抑制二極管TVS(Transient Voltage Suppressor)、光電隔離等。

(1) LC濾波器

在電路板的電纜入口處安裝LC濾波器可以濾除CAN總線電纜中傳導(dǎo)的各種高頻干擾信號(hào)。LC濾波器的電容并聯(lián)在CAN通訊信號(hào)線和信號(hào)地線之間，濾除高頻差模干擾的電容，也稱為旁路電容。電感串聯(lián)在信號(hào)線上，扼制共模干擾電流。使用共模扼流圈則可以避免電感在流過(guò)較大電流時(shí)發(fā)生飽和，導(dǎo)致電感量下降。所有的信號(hào)線都要安裝濾波器，否則整體性能會(huì)大大下降。

LC濾波器中電感量和電容量的選擇對(duì)濾波器的效果影響很大，如果電容量和電感量選擇過(guò)小，則效果不明顯，如果選擇過(guò)大，會(huì)使工頻信號(hào)衰減，引起信號(hào)失真。在應(yīng)用中，CAN總線最高波特率為1Mbps，所以電容器的電容值選用1000pF，電感選用10μH的鐵氧體磁珠。

(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)地線之間，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)。圖4中，每個(gè)信號(hào)線都使用了兩個(gè)TVS管BZX84C33進(jìn)行雙向保護(hù)，它的額定工作電壓為33V。

(3) 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)(Propagation Delay)和共模抑制CMR(Common Mode Rejection)，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)。

表1給出了安捷倫公司的三種光耦芯片的傳輸延時(shí)和CMR參數(shù)，三種器件的傳輸延時(shí)都小于100μs，可以滿足CAN總線通訊最高1M波特率的要求。本系統(tǒng)中選用了實(shí)際最常用的6N137。使用光電隔離后，也必須使用電源隔離，系統(tǒng)選用了NME0505TM直流電源隔離器。

6 電快速脈沖群實(shí)驗(yàn)

最后，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試了系統(tǒng)的抗瞬態(tài)干擾能力，試驗(yàn)過(guò)程符合GB/T 17626.4-1998：電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)，本標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-4:1995。試驗(yàn)由和利時(shí)公司完成。

試驗(yàn)方法是用快速瞬變脈沖群發(fā)生器產(chǎn)生干擾脈沖群，通過(guò)電容耦合夾將脈沖群干擾耦合到CAN總線通訊電纜，然后觀察主從站的工作情況，并接入基于PC機(jī)的監(jiān)聽(tīng)站，將監(jiān)測(cè)到的報(bào)文數(shù)據(jù)寫入文本文件，然后分析數(shù)據(jù)的正確性。試驗(yàn)中使用NS61000-4K 脈沖群發(fā)生器，輸出電壓為0~4000V±10%，脈沖頻率為2.5kHz、5kHz、100kHz±10%，脈沖串長(zhǎng)度為15ms±20%。試驗(yàn)條件是用10米的總線長(zhǎng)度接入五個(gè)從站，持續(xù)180秒加不同幅值的2.5kHz脈沖串干擾。