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CAN接口电路的 EMC设计方案

CAN总线采用差分信号传输,通常情况下只需要两根信号线(CAN-H和CAN-L)就可以进行正常的通信。在干扰比较强的场合,还需要用到屏蔽地即CAN-G(主要功能是屏蔽干扰信号),CAN协议推荐用户使用屏蔽双绞线作为CAN总线的传输线。

在应用的过程中,通讯电缆容易耦合外部的干扰对信号传输产生影响;

单板内部的干扰也可能通过电缆形式对外辐射。

测试项目包括:辐射发射  传导发射  磁场抗扰度    传导抗扰度  静电抗扰度。

CAN接口电路 :   CAN 接口电平 差分:

有信号“显”:CANH 3.5V    CANL 1.5V     无信号时“隐”:CANH2.5V  CANL2.5V

    在“隐性”状态下,CAN-H与CAN-L的输入差分电压为0V(最大不超过0.5V),共模输入电压为2.5V。 逻辑1

  在“显性”状态下,CAN-H与CAN-L的输入差分电压为2V(最小不小于0.9V),如下图 1所示。 逻辑0

本方案可通过汽车电子标准CISPR 25-2008及ISO7637系列标准,或可通过以下测试项目:

序号

接口测试项目

测试等级

性能判据

1

辐射发射(RE)

CISPR25 LV5

 

2

传导发射(CE

CISPR25 LV5

 

3

射频磁场抗扰度(RI)

400~4000MHz 150V/m

驻留时间 2s

性能判据A

4

大电流注入

BCI

1~400MHz 150mA

150mm 驻留时间 2s

性能判据A

5

传导抗扰度7637-2

24V系统)

波形1Us=-450V 10000 pulses

波形2aUs=+50V 10000 pulses

波形2bUs=+20V 20 pulses

波形2aUs=-150V 1h

波形3bUs=+150V 1h

波形5bUs=-+30V Td=250ms

性能判据C

性能判据A

性能判据C

性能判据A

性能判据A

性能判据A

6

静电抗扰度

ESD

接触:+-8KV

空气:+-15KV

性能判据A

  • 原理图设计方案

1.  CAN接口防静电设计

图1  CAN接口防静电设计

电路EMC设计说明:

(1) 电路滤波设计要点:

L1为共模电感,用于滤除差分线上的共模干扰,其阻抗选择范围为120Ω/100MHz ~2200Ω/100MHz,典型值选取600Ω/100MHz;

C1、C2为信号线上的滤波电容,给干扰提供低阻抗的回流路径,容值选取范围为22PF~1000pF,典型值选取100pF;

C3为接口地和数字地之间的跨接电容,典型取值为1000pF,耐压要求达到2KV以上,C3容值可根据测试情况进行调整;

(2) 电路防护设计要点:

D1、D2为瞬态抑制二极管,典型选值要求反向关断电压3.5V以上;因为TVS只是用来静电防护,TVS的功率不作要求。TVS管的结电容对信号传输有一定的影响,CAN接口推荐使用结电容小于100pF的TVS管。

接口电路设计备注:

如果设备为金属外壳,同时单板可以独立的划分出接口地,那么金属外壳与接口地直接电气连接,且单板地与接口地通过1000pF电容相连;

如果设备为非金属外壳,那么接口地PGND与单板地GND直接电气连接。

三.  PCB设计方案

1.  CAN接口分地设计

 

图1  CAN接口分地设计

方案特点:

 (1)   为了抑制内部单板高频噪声通过接口向外传导辐射,也为了增强单板对外部干扰的抗扰能力。在CAN接口处增加防护和滤波隔离器件,并以隔离器件位置大小为界,划分出接口地;

 (2)   隔离带中可以选择性的增加电容作为两者地之间的连接,电容取值建议为1000pF;信号线串联共模电感滤波,且共模电感要求置于隔离带内;为了防止外部强干扰通过端口耦合进内部PCB,引起内部器件性能下降,在靠近端口处信号线上增加防护器件TVS管,具体布局如图示。

方案分析:

 (1)   当接口与单板存在相容性较差或不相容的电路时,需要在接口与单板之间进行“分地”处理,即根据不同的端口电压、电平信号和传输速率来分别设置地线。“分地”,可以防止不相容电路的回流信号的叠加,防止公共地线阻抗耦合;

 (2)   CAN接口信号传输速率较高,内部PCB板高频噪声很容易由公共地线通过接口向外传导辐射,因此将公共地分割且通过电容相接,可以阻断共模干扰的传播路径。

2.  CAN接口电路布局

图1  CAN接口滤波与防护电路布局

方案特点:

 (1)防护器件及滤波器件要靠近接口位置处摆放且要求摆放紧凑整齐,信号线上的防护器件TVS管与滤波电容要下接至接口地;按照信号流向摆放器件,走线时要尽量避免走线曲折的情况;

 (2)共模电感及跨接电容要置于隔离带中。

方案分析:

 (1)接口及接口滤波防护电路周边不能走线且不能放置高速或敏感的器件;

 (2)隔离带下面投影层要做掏空处理,禁止走线。

@2022-01-21 09:20:36;

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