Teknologi bas CAN semakin meluas. Walau bagaimanapun, disebabkan gangguan elektromagnet yang teruk dalam bidang seperti peralatan industri dan automasi industri, memastikan komunikasi bas CAN yang normal adalah amat penting. Artikel ini akan menganalisis punca gangguan elektromagnet dalam rangkaian bas menggunakan transceiver CAN FD berkelajuan tinggi-dan juga penyelesaian khusus untuk penambahbaikan.
Analisis Keserasian Elektromagnet dalam Rangkaian CAN FD
Dalam reka bentuk produk elektronik, prestasi keserasian elektromagnet (EMC) mempunyai kesan yang ketara ke atas sistem dan penting untuk operasi normal dan stabilnya. Sekatan mandatori ke atas keserasian elektromagnet produk elektronik telah pun dilaksanakan di seluruh dunia, dan prestasi EMC telah menjadi penunjuk utama kualiti produk.
Keserasian elektromagnet terutamanya merangkumi dua aspek: satu ialah gangguan elektromagnet buruk yang dihasilkan oleh produk itu sendiri, dikenali sebagai pelepasan gangguan elektromagnet (EMI); satu lagi ialah kepekaan produk terhadap isyarat elektromagnet luaran, yang dikenali sebagai kerentanan elektromagnet (EMS). Sumber gangguan, laluan gandingan dan peralatan sensitif ialah tiga elemen penting bagi keserasian elektromagnet, dan tiada satu pun boleh ditinggalkan.
Isyarat gangguan elektromagnet boleh digabungkan melalui dua laluan: dijalankan dan dipancarkan. Bergantung pada mekanisme gandingan, gangguan dikelaskan kepada-gangguan mod biasa dan gangguan-mod pembezaan. Gangguan mod-biasa berlaku antara semua talian isyarat (termasuk talian isyarat, talian data dan talian kuasa) dan bumi, manakala gangguan mod-berbeza berlaku antara talian isyarat.
Langkah-langkah untuk meningkatkan keserasian elektromagnet (EMC) terbahagi kepada tiga kategori: meningkatkan prestasi EMC peralatan elektronik itu sendiri, menggunakan teknologi perisai untuk menyekat gandingan terpancar, dan menggunakan pengasingan untuk menyekat gandingan yang dijalankan.
1. Reka Bentuk EMC
Reka bentuk papan litar induk dan hamba adalah penting untuk EMC sistem, dan keupayaan papan litar untuk memancarkan dan menerima sinaran elektromagnet selalunya konsisten. Oleh itu, meningkatkan imuniti papan litar terhadap gangguan juga menyekat pelepasan elektromagnetnya. Faktor utama dalam reka bentuk PCB EMC termasuk yang berikut:
Pemilihan dan Susun Atur Komponen
Pilih komponen dengan prestasi EMC yang baik dan utamakan-pembungkusan pelekap permukaan apabila boleh. Susun komponen secara logik, letakkan komponen yang berkaitan sedekat mungkin untuk meminimumkan panjang plumbum antara bahagian. Khususnya, pengayun kristal yang berfungsi sebagai sumber jam untuk mikropengawal dan pengawal CAN mesti diletakkan mengikut spesifikasi; jika tidak, mereka akan gagal untuk berayun.
Susun Atur Tanah yang Betul untuk Mengurangkan Impedans Tanah
Potensi tanah berfungsi sebagai potensi rujukan untuk semua isyarat. Sebaik-baiknya, semua titik tanah pada PCB hendaklah pada potensi yang sama; bagaimanapun, disebabkan galangan tanah, perbezaan potensi wujud antara titik tanah. Oleh itu, impedans tanah harus diminimumkan sebanyak mungkin. Kaedah yang paling berkesan ialah menggunakan papan berbilang lapisan dengan satah tanah khusus di tengah.
Menstabilkan Bekalan Kuasa
Keadaan yang tidak ideal, seperti kesan sementara semasa peralihan keadaan keluaran get logik dan kehadiran galangan talian kuasa, tidak dapat tidak menyebabkan bunyi bising ke dalam talian bekalan kuasa. Bunyi ini bukan sahaja menyebabkan operasi litar tidak normal tetapi juga menghasilkan sinaran elektromagnet yang ketara. Selain menggunakan mesh talian kuasa untuk mengurangkan kearuhan dan impedans talian kuasa, kapasitor penyimpanan juga boleh digunakan.
2. Sinaran Elektromagnet dan Perisai Elektromagnet
Perisai elektromagnet adalah salah satu kaedah utama untuk menangani isu keserasian elektromagnet. Ia tidak mengganggu operasi normal litar dan tidak memerlukan pengubahsuaian litar. Keberkesanan perisai diukur dengan prestasi perisainya, yang terdiri daripada dua komponen: kehilangan pantulan dan kehilangan penyerapan. Mengekalkan kesinambungan elektrik perisai adalah penting untuk keberkesanannya. Kabel bas CAN sangat terdedah kepada pancaran dan gangguan menerima.
Kawasan gelung antara dua wayar dalam kabel pasangan-terpintal adalah sangat kecil, dan arus teraruh dalam mana-mana dua gelung bersebelahan berada dalam arah bertentangan, dengan itu membatalkan satu sama lain. Semakin ketat putaran dalam kabel pasangan-terpintal, semakin ketara kesan ini. Untuk mengurangkan crosstalk antara dua bas CAN dalam sistem rangkaian, setiap pasangan kabel-pasangan berpintal hendaklah dilindungi secara berasingan dan mana-mana konduktor yang tidak digunakan dalam kabel hendaklah disambungkan ke tanah isyarat.
Meningkatkan ketumpatan berpusing; tanah perisai
3. Menjalankan Gangguan dan Pengasingan Isyarat
Semasa operasi sistem biasa, komponen yang menghasilkan gangguan dijalankan yang ketara termasuk bekalan kuasa pensuisan, pemacu servo dan peranti kawalan I/O. Walau bagaimanapun, jenis gangguan yang paling berbahaya ialah gangguan sementara, yang dicirikan oleh tempoh pendek, amplitud tinggi dan kuasa rendah.
Bentuk gangguan sementara termasuk: kumpulan nadi elektrik pantas yang dihasilkan apabila keadaan motor berubah; lonjakan yang disebabkan oleh kilat atau pensuisan-kuasa tinggi pada kabel; dan aruhan nyahcas elektrostatik (ESD). Gangguan yang dijalankan kebanyakannya adalah mod-yang biasa, walaupun beberapa gangguan-mod pembezaan turut berlaku. Langkah-langkah EMC yang digunakan dalam sistem untuk memastikan kebolehpercayaan komunikasi bas CAN termasuk: pelindung isyarat, diod penekan voltan sementara (TVS), transceiver terpencil dan pengasingan optik.
Pelindung Isyarat
Pelindung isyarat khusus luaran menghapuskan gangguan; sebagai contoh, ZF-12Y2 menyerap gangguan, dan CANFDbridge bertindak sebagai pengasing.
Pelindung Isyarat dan Pengasingan CANFDBridge
Penekan Voltan Sementara (TVS)
Penekan voltan sementara disambungkan secara selari antara garis isyarat dan tanah isyarat untuk melindungi kabel daripada-lonjakan voltan tinggi yang disebabkan oleh kilat atau nyahcas elektrostatik. Apabila voltan merentasi TVS melebihi ambang tertentu, peranti berjalan dengan pantas, dengan itu melesapkan tenaga lonjakan dan mengehadkan amplitud voltan kepada julat tertentu.
Pemancar Terpencil
Pengasingan ialah penyelesaian yang ideal untuk menangani gangguan yang dijalankan, menawarkan penebat elektrik yang sangat baik dan imuniti gangguan. Apabila memilih transceiver terpencil, kelewatan penghantaran mesti menjadi pertimbangan utama, kerana ia menjejaskan kedua-dua jarak penghantaran dan kualiti bas. Adalah disyorkan untuk menggunakan CTM5MFD terpencil secara magnetik untuk mereka bentuk litar transceiver antara muka.
Pengasingan Optik
Pengasingan optik ialah penyelesaian yang ideal untuk menangani isu gangguan yang dijalankan, kerana ia menawarkan penebat elektrik yang sangat baik dan imuniti gangguan. Apabila memilih optocoupler, dua parameter mesti dipertimbangkan: kelewatan penyebaran dan penolakan mod-biasa (CMR). Dengan syarat bahawa kelewatan penyebaran memenuhi keperluan kadar baud komunikasi data, model dengan penolakan-mod biasa yang tinggi hendaklah dipilih apabila boleh. Kaedah untuk mengukur keupayaan penolakan mod-biasa bagi optocoupler ialah kadar kenaikan (kejatuhan) voltan mod biasa maksimum (CMH/CML) yang output boleh tahan sambil kekal tinggi (rendah). Selepas melaksanakan pengasingan optik, pengasingan bekalan kuasa juga mesti digunakan.
Ringkasan
Sinaran dari pelbagai sumber gangguan adalah kompleks, dan menghapuskan sepenuhnya gangguan elektromagnet adalah tugas yang mustahil. Walau bagaimanapun, berdasarkan prinsip asas keserasian elektromagnet, langkah boleh diambil untuk meminimumkan gangguan elektromagnet dan mengekalkannya dalam had yang boleh diterima sistem, dengan itu memastikan operasi sistem atau peralatan yang boleh dipercayai. Langkah penambahbaikan yang digariskan di atas boleh meningkatkan prestasi keserasian elektromagnet peranti CAN FD dengan berkesan.