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2018年12月20日 | 技术文章——降低隔离式CAN系统的发射并提高抗扰度
2018-12-20
随着目前越来越多的系统在不同电压下运行，从电梯到电动汽车，甚至海事系统，隔离式CAN收发器已经成为不可或缺的一部分。
这些收发器将CAN（控制器区域网络）标准的优先和仲裁功能合二为一，并提供隔离的优势（断开接地环路、耐压力差、共模瞬变抗扰度等），有助于保持系统中两个电压域之间的可靠通信。
同非隔离式CAN系统一样，使用隔离式CAN系统的主要问题在于隔离式CAN收发器的电磁兼容性（EMC）性能。EMC性能通过两个参数衡量：
1. 设备产生的发射
2. 系统中干扰产生的抗扰度
发射
发射是电磁能量的不必要释放。在理想情况下，低发射确保子系统能运行可靠，并同时不影响相邻子系统的性能。
根据市场（工业或汽车）和应用，系统必须符合不同的发射标准。尽管发射测试是在系统级进行的，但是设计人员通常会选择满足组件级要求的组件。这有助于确保单个设备不超过其本身的限值。此外，系统设计和电路板布局也对系统的整体发射性能起着重要的作用。在众多发射测试中，Zwickau标准是针对汽车应用的严格测试，侧重CAN收发器的发射性能。
图1是EMC测试用电路板的示例。电路板具有三个连接至同一总线的隔离式CAN收发器。在测试点（图1的CP1）进行发射测量，其中一个收发器发射50%占空比、250 kHz的方波信号。
图 1：EMC测试用的德州仪器电路板
在收发器和总线之间放置共模扼流圈（CMC）会滤除一些发射。在汽车和工业应用中，普遍使用共模扼流圈。
通过EMC测试板的 ISO1042 以传统CAN数据速率执行的发射数据见图2。
图 2：ISO1042 （500 kbps执行的发射）
某些认证机构要求在使用CMC的情况下采集数据，这也利于保持低发射。在相同条件下， ISO1042 在发射方面优于竞争设备。
抗扰度
抗扰度指设备在存在干扰的情况下正确运行的能力。为了证明隔离式CAN器件的抗噪能力，我们对图1所示的相同电路执行了直接功率注入（DPI）测试，但采用不同的耦合网络。对总线上注入的噪音频率进行扫描，并通过掩膜测试检查发射和接收模式的差异。测试所注入的噪音信号包括连续波（CW）噪音信号和调幅（AM）噪音信号。AM信号为80%的1-kHz信号。垂直方向上超过一定电压限值（±0.9 V）或水平方向上超过时间限值（±0.2μs）的变化则视为失败。
我们在两种不同条件下执行了测试：
1. 无共模扼流圈的36 dBm注入噪音
2. 带共模扼流圈的39 dBm噪音信号
图3和图4显示了传统CAN在两种条件下的 ISO1042 图。在两种情况下，隔离式CAN性能高于限值线，表明通过了DPI测试。通过这些抗扰度测试可确保通信可靠，降低系统错误和故障。
图 3：无共模扼流圈的ISO1042 DPI测试
图 4：带共模扼流圈的ISO1042 DPI测试
预计集成隔离式CAN器件同非隔离式CAN器件一样，可满足相同的发射和抗扰度规范。考虑到小型封装的低发射和高抗扰度， ISO1042 和 ISO1042-Q1 满足工业和汽车应用的严格要求。
史海拾趣
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