如何改善CAN電磁兼容性的措施

隨著CAN技術的不斷發(fā)展，其應用領域已經不局限于汽車制造，而在工業(yè)設備、工業(yè)自動化等領域也得到了廣泛應用。但是，工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，電磁干擾較為嚴重，如何保證CAN總線通訊的可靠性尤為重要。本文著重介紹CAN總線電磁兼容性能，提出幾種改善CAN總線電磁兼容性能的措施。

一、CAN總線電磁兼容性能分析

電磁兼容性能對CAN總線系統(tǒng)的運行可靠性具有較大的影響， 目前，在電子產品設計中，電磁兼容EMC性能對系統(tǒng)的影響非常大，關系到其能否正常穩(wěn)定運行。國際上已經開始對電子產品的電磁兼容性做強制性限制，電磁兼容性能已經成為考核產品性能的重要指標之一，因此必須予以重視。電磁兼容主要包括兩方面的內容，一個是產品本身對外界產生不良的電磁干擾EMI影響，稱為電磁干擾發(fā)射;另一個是對外界電磁信號的敏感程度，稱為電磁敏感度EMS。干擾源、耦合途徑及敏感設備是電磁兼容的三要素，缺一不可。電磁干擾信號的耦合途徑有傳導和輻射兩種。

二、改善CAN總線電磁兼容的措施

當使用非屏蔽線時，物理層的電磁兼容性就變得非常重要，提高電磁兼容性的措施可分為三種：發(fā)射防護、吸收防護、傳導防護。

發(fā)射防護——提高電子設備本身電磁兼容能力

提高電子設備本身的電磁兼容性能是從根本上提高系統(tǒng)電磁兼容性能的有效措施，而印制電路板（PCB板）是電子設備的核心組成部分，并且其抗電磁干擾性能與電磁輻射性能往往是相互聯(lián)系的，因此可以采取以下措施來提高印制電路板的電磁兼容性能。

選擇電磁兼容性能好的元器件

選擇EMC性能好的元器件，并盡量選擇表面貼裝的封裝形式。器件合理布局，把相互有關的器件盡量放得靠近些，使各部件之間的引線盡量短。特別是微控制器和CAN控制器的時鐘源晶體，一定要按規(guī)定放置，否則會不起振。

合理布局，降低地線阻抗

合理布局包括三個方面，一方面是對元器件的位置進行合理布局，將相互關聯(lián)的元器件盡可能地集中布置，使相互之間的引線盡可能短：第二個方面是要將電子設備內部的數(shù)字電路與模擬電路有效分開，防止相互之間的信號干擾。第三個方面是合理布局地線，理想狀態(tài)下，電路板上所有的地線應該等電位，但是由于地線阻抗的存在導致地線各點電位有差異，所以應該盡量減小地線阻抗。最有效的辦法是做多層板，在中間專門設置一層地線面。

吸收防護——抑制感應電磁干擾

對于外界的輻射干擾，可采用屏蔽或吸收的方式減弱消除，由于方法簡便易行、屏蔽效果好以及便于設計等優(yōu)點成為提高系統(tǒng)電磁兼容性能的重要措施。

使用雙絞線，加大雙絞程度，屏蔽接地

電場在電纜中感應出共模電壓，而磁場在電纜中既可以感應出共模電壓，也可以感應出差模電壓。通過屏蔽可以將電磁場的感應干擾降低到最小，而使用雙絞線則進一步抑制了磁場感應的差模電壓。雙絞線的兩根線之間具有很小的回路面積，而且雙絞線的每兩個相鄰回路上感應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，建議每米雙絞33圈。同時，為了減小CAN總線的串擾，應將雙絞線加屏蔽層，為了降低靜電放電干擾，整個屏蔽體需要和大地單點相連。

增加阻抗抑制共模干擾

在共模干擾方面，符合ISO11898-2標準的差分傳輸已經提供了極好的防護，在CAN收發(fā)器所支持的共模范圍之內，由于接收器只計算總線之間的電壓差，因此濾除了共模干擾信號。高能量、電感性的感應干擾信號可能導致產生超出收發(fā)器共模范圍的干擾信號，為了抑制這種干擾信號，可以在CAN節(jié)點的輸入電路中插入一個扼流線圈，如圖所示：

通過扼流線圈抑制電感性的感應共模干擾

分開的總線終端

在高頻方面，通過將總線終端電阻分開可以改善CAN網絡的電磁兼容性，此時終端電阻被分成兩個相同的大電阻，在兩個電阻中間通過一個耦合電容接地，如圖所示，為了使高頻信號對地短路而不削弱直流特性，必須確保電容連接到一個電平固定的地。

傳導防護——傳導干擾的隔離與防護

傳導干擾主要產生于瞬態(tài)、暫態(tài)的過程中，如大功率開關的開合、雷電的襲擊等帶來的瞬時浪涌，一般通過CAN總線電纜傳輸，所帶來的電磁危害較大，因此在傳播途徑中要消除這些瞬時的脈沖、浪涌，使CAN總線通訊得以可靠進行。

瞬態(tài)抑制二極管TVS

瞬態(tài)抑制二極管并聯(lián)在信號線和信號地線之間，用來保護電纜受到雷擊或靜電放電時產生的浪涌高壓。當TVS上的電壓超過一定的幅度時，器件迅速導通，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。建議CANH、CANL每個信號線上分別使用兩個TVS管進行雙向保護。

隔離收發(fā)器

隔離是解決傳導干擾問題的理想方法，它具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。選擇隔離收發(fā)器首先要考慮傳輸延時，如光耦隔離的延時高達25ns以上，磁耦隔離只有3~5ns，其延時時間對總線的傳輸距離和質量都會造成影響，建議使用磁隔離的CTM1051設計接口收發(fā)電路。

光纖傳輸

采用光纖傳輸，比如致遠電子的CANHUB-AF1S1，安全隔離干擾。

信號保護器

外接專用的信號保護器消除干擾，如ZF-12Y2消耗干擾強度和CANbridge網橋做隔離。

三、總結

致遠電子做為國內最早引入CAN技術的廠商之一，對CAN總線的開發(fā)和測試有著豐富的經驗，其研發(fā)的一款綜合性的CAN總線分析儀—— CANScope，集海量存儲示波器、網絡分析儀、誤碼率分析儀、協(xié)議分析儀及可靠性測試工具于一身，并把各種儀器有機的整合和關聯(lián);重新定義CAN總線的開發(fā)測試方法，可對CAN網絡通信正確性、可靠性、合理性進行多角度全方位的評估;幫助用戶快速定位故障節(jié)點，解決CAN總線應用的各種問題，是CAN 總線開發(fā)測試的終極工具。