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测试测量

降低隔离式CAN系统的发射并提高抗扰度

——作者:德州仪器Neel Seshan

  2018年12月20日  

  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。

标签:德州仪器我要反馈
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