Tehnologija CAN vodila postaja vse bolj razširjena. Vendar pa je zaradi resnih elektromagnetnih motenj na področjih, kot sta industrijska oprema in industrijska avtomatizacija, zagotavljanje normalne komunikacije prek vodila CAN še posebej pomembno. Ta članek bo analiziral vzroke za elektromagnetne motnje v vodilnih omrežjih, ki uporabljajo-hitre sprejemnike CAN FD, ter posebne rešitve za izboljšave.
Analiza elektromagnetne združljivosti v omrežjih CAN FD
Pri načrtovanju elektronskih izdelkov ima delovanje elektromagnetne združljivosti (EMC) pomemben vpliv na sistem in je ključnega pomena za njegovo normalno in stabilno delovanje. Obvezne omejitve glede elektromagnetne združljivosti elektronskih izdelkov so že uveljavljene po vsem svetu, zmogljivost EMC pa je postala ključni pokazatelj kakovosti izdelkov.
Elektromagnetna združljivost v prvi vrsti zajema dva vidika: eden je škodljiva elektromagnetna motnja, ki jo ustvarja sam izdelek, znana kot emisija elektromagnetne motnje (EMI); druga pa je občutljivost izdelka na zunanje elektromagnetne signale, znana kot elektromagnetna občutljivost (EMS). Vir motenj, povezovalna pot in občutljiva oprema so trije bistveni elementi elektromagnetne združljivosti in nobenega ne moremo izpustiti.
Signale elektromagnetnih motenj je mogoče združiti po dveh poteh: prevajanju in sevanju. Glede na sklopni mehanizem je motnja razvrščena v-motnjo skupnega načina in motnjo-diferencialnega načina. Do inter-navadnih motenj prihaja med vsemi signalnimi linijami (vključno s signalnimi vodi, podatkovnimi vodi in električnimi vodi) in tlemi, medtem ko do motenj-diferencialnega načina prihaja med signalnimi linijami.
Ukrepi za izboljšanje elektromagnetne združljivosti (EMC) spadajo v tri kategorije: izboljšanje učinkovitosti elektromagnetne združljivosti same elektronske opreme, uporaba zaščitne tehnologije za preprečevanje sevanega spajanja in uporaba izolacije za preprečevanje prevodnega spajanja.
1. Zasnova EMC
Zasnova glavnega in podrejenega vezja je ključnega pomena za elektromagnetno združljivost sistema, zmožnost vezja, da oddaja in sprejema elektromagnetno sevanje, pa je pogosto dosledna. Zato izboljšanje odpornosti tiskanega vezja na motnje tudi zavira njegove elektromagnetne emisije. Ključni dejavniki pri načrtovanju PCB EMC vključujejo naslednje:
Izbira in postavitev komponent
Izberite komponente z dobro zmogljivostjo EMC in dajte prednost embalaži-za površinsko montažo, kadar koli je to mogoče. Komponente razporedite logično, tako da povezane komponente postavite čim bližje skupaj, da zmanjšate dolžine vodil med deli. Zlasti kristalni oscilatorji, ki služijo kot viri takta za mikrokrmilnike in krmilnike CAN, morajo biti nameščeni v skladu s specifikacijami; sicer ne bodo mogli nihati.
Pravilna postavitev ozemljitve za zmanjšanje ozemljitvene impedance
Ozemljitveni potencial služi kot referenčni potencial za vse signale. V idealnem primeru bi morale biti vse ozemljitvene točke na PCB z enakim potencialom; vendar zaradi ozemljitvene impedance obstajajo potencialne razlike med ozemljitvenimi točkami. Zato je treba ozemljitveno impedanco čim bolj zmanjšati. Najučinkovitejša metoda je uporaba večplastne plošče z namensko ozemljitveno ploščo na sredini.
Stabilizacija napajanja
Neidealni pogoji, kot so prehodni učinki med prehodi izhodnih stanj logičnih vrat in prisotnost impedance daljnovoda, neizogibno povzročijo šum v napajalnih vodih. Ta hrup ne povzroča le nenormalnega delovanja tokokroga, ampak ustvarja tudi znatno elektromagnetno sevanje. Poleg uporabe mreže električnih vodov za zmanjšanje induktivnosti in impedance daljnovodov se lahko uporabijo tudi kondenzatorji za shranjevanje.
2. Elektromagnetno sevanje in elektromagnetna zaščita
Elektromagnetna zaščita je ena ključnih metod za reševanje težav z elektromagnetno združljivostjo. Ne moti normalnega delovanja tokokrogov in ne zahteva sprememb v tokokrogu. Učinkovitost ščita se meri z njegovo zmogljivostjo zaščite, ki je sestavljena iz dveh komponent: izguba odseva in izguba absorpcije. Ohranjanje električne kontinuitete ščita je ključnega pomena za njegovo učinkovitost. Kabli vodila CAN so zelo dovzetni za sevalne in sprejemne motnje.
Območje zanke med dvema žicama v kablu s prepleteno-parico je zelo majhno in tokovi, inducirani v katerih koli dveh sosednjih zankah, so v nasprotnih smereh in se tako izničijo. Čim močneje je zvit kabel s prepleteno-parico, bolj izrazit postane ta učinek. Za zmanjšanje preslušavanja med dvema vodiloma CAN v omrežnem sistemu je treba vsak par prepletenih-paric kablov posebej zaščititi, vse neuporabljene vodnike v kablu pa priključiti na signalno ozemljitev.
Povečajte gostoto zvijanja; ozemljite ščit
3. Kondukcijske motnje in izolacija signala
Med normalnim delovanjem sistema komponente, ki ustvarjajo znatne prevodne motnje, vključujejo stikalne napajalnike, servo pogone in naprave za krmiljenje V/I. Najbolj škodljiva vrsta motenj pa so prehodne motnje, za katere je značilno kratkotrajnost, visoka amplituda in majhna moč.
Oblike prehodnih motenj vključujejo: skupine hitrih električnih impulzov, ki nastanejo, ko se spremeni stanje motorja; prenapetosti zaradi strele ali-preklopa kablov z visoko močjo; in indukcija elektrostatične razelektritve (ESD). Kondukcijske motnje so pretežno običajni-način, čeprav se pojavljajo tudi nekatere diferencialne{3}}moteče motnje. Ukrepi za elektromagnetno združljivost, ki se uporabljajo v sistemu za zagotavljanje zanesljivosti komunikacije vodila CAN, vključujejo: zaščite signala, diode za dušilec prehodne napetosti (TVS), izolirane oddajno-sprejemne enote in optično izolacijo.
Zaščita signala
Zunanji namenski ščitniki signala odpravljajo motnje; na primer, ZF-12Y2 absorbira motnje, CANFDbridge pa deluje kot izolator.
Zaščita signala in izolacija CANFDBridge
Dušilec prehodne napetosti (TVS)
Dušilniki prehodne napetosti so vzporedno povezani med signalno linijo in signalno ozemljitvijo, da zaščitijo kable pred visoko-napetostnimi sunki, ki jih povzročijo udari strele ali elektrostatična razelektritev. Ko napetost na TVS preseže določen prag, naprava hitro prevaja, s čimer razprši udarno energijo in omeji amplitudo napetosti na določeno območje.
Izolirani oddajniki
Izolacija je idealna rešitev za odpravljanje prevodnih motenj, saj ponuja odlično električno izolacijo in odpornost na motnje. Pri izbiri izoliranega oddajnika-sprejemnika je treba najprej upoštevati zakasnitev prenosa, saj vpliva na razdaljo prenosa in kakovost vodila. Za načrtovanje vmesniškega oddajno-sprejemnega vezja je priporočljivo uporabiti magnetno izoliran CTM5MFD.
Optična izolacija
Optična izolacija je idealna rešitev za reševanje težav s prevedenimi motnjami, saj nudi odlično električno izolacijo in odpornost na motnje. Pri izbiri optičnih sklopnikov je treba upoštevati dva parametra: zakasnitev širjenja in zavrnitev skupnega-načina (CMR). Pod pogojem, da zakasnitev širjenja ustreza zahtevam za baudno hitrost podatkovne komunikacije, je treba izbrati modele z visoko zavrnitvijo skupnega-načina, kadar koli je to mogoče. Metoda za merjenje zmožnosti zavrnitve običajnega-načina optičnega spojnika je največja-stopnja naraščanja (padca) napetosti (CMH/CML), ki jo lahko prenese izhod, medtem ko ostane visoka (nizka). Po izvedbi optične izolacije je treba uporabiti tudi izolacijo napajanja.
Povzetek
Sevanje iz različnih virov motenj je zapleteno in popolna odprava elektromagnetnih motenj je nemogoča naloga. Vendar pa je na podlagi temeljnih načel elektromagnetne združljivosti mogoče sprejeti ukrepe za zmanjšanje elektromagnetnih motenj in njihovo ohranjanje v dopustnih mejah sistema ter s tem zagotoviti zanesljivo delovanje sistema ali opreme. Zgoraj opisani ukrepi za izboljšanje lahko učinkovito povečajo zmogljivost elektromagnetne združljivosti naprav CAN FD.