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測試測量

降低隔離式CAN系統的發射并提高抗擾度

——作者:德州儀器Neel Seshan

  2018年12月20日  

  隨著目前越來越多的系統在不同電壓下運行,從電梯到電動汽車,甚至海事系統,隔離式CAN收發器已經成為不可或缺的一部分。

  這些收發器將CAN(控制器區域網絡)標準的優先和仲裁功能合二為一,并提供隔離的優勢(斷開接地環路、耐壓力差、共模瞬變抗擾度等),有助于保持系統中兩個電壓域之間的可靠通信。

  同非隔離式CAN系統一樣,使用隔離式CAN系統的主要問題在于隔離式CAN收發器的電磁兼容性(EMC)性能。EMC性能通過兩個參數衡量:

  1. 設備產生的發射

  2. 系統中干擾產生的抗擾度

  發射

  發射是電磁能量的不必要釋放。在理想情況下,低發射確保子系統能運行可靠,并同時不影響相鄰子系統的性能。

  根據市場(工業或汽車)和應用,系統必須符合不同的發射標準。盡管發射測試是在系統級進行的,但是設計人員通常會選擇滿足組件級要求的組件。這有助于確保單個設備不超過其本身的限值。此外,系統設計和電路板布局也對系統的整體發射性能起著重要的作用。在眾多發射測試中,Zwickau標準是針對汽車應用的嚴格測試,側重CAN收發器的發射性能。

  圖1是EMC測試用電路板的示例。電路板具有三個連接至同一總線的隔離式CAN收發器。在測試點(圖1的CP1)進行發射測量,其中一個收發器發射50%占空比、250 kHz的方波信號。

  圖 1:EMC測試用的德州儀器電路板

  在收發器和總線之間放置共模扼流圈(CMC)會濾除一些發射。在汽車和工業應用中,普遍使用共模扼流圈。

  通過EMC測試板的 ISO1042 以傳統CAN數據速率執行的發射數據見圖2。

  圖 2:ISO1042 (500 kbps執行的發射)

  某些認證機構要求在使用CMC的情況下采集數據,這也利于保持低發射。在相同條件下, ISO1042 在發射方面優于競爭設備。

  抗擾度

  抗擾度指設備在存在干擾的情況下正確運行的能力。為了證明隔離式CAN器件的抗噪能力,我們對圖1所示的相同電路執行了直接功率注入(DPI)測試,但采用不同的耦合網絡。對總線上注入的噪音頻率進行掃描,并通過掩膜測試檢查發射和接收模式的差異。測試所注入的噪音信號包括連續波(CW)噪音信號和調幅(AM)噪音信號。AM信號為80%的1-kHz信號。垂直方向上超過一定電壓限值(±0.9 V)或水平方向上超過時間限值(±0.2μs)的變化則視為失敗。

  我們在兩種不同條件下執行了測試:

  1. 無共模扼流圈的36 dBm注入噪音

  2. 帶共模扼流圈的39 dBm噪音信號

  圖3和圖4顯示了傳統CAN在兩種條件下的 ISO1042 圖。在兩種情況下,隔離式CAN性能高于限值線,表明通過了DPI測試。通過這些抗擾度測試可確保通信可靠,降低系統錯誤和故障。

  圖 3:無共模扼流圈的ISO1042 DPI測試

  圖 4:帶共模扼流圈的ISO1042 DPI測試

  預計集成隔離式CAN器件同非隔離式CAN器件一樣,可滿足相同的發射和抗擾度規范。考慮到小型封裝的低發射和高抗擾度, ISO1042 和 ISO1042-Q1 滿足工業和汽車應用的嚴格要求。

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