CAN magistralės technologija vis labiau plinta. Tačiau dėl didelių elektromagnetinių trukdžių tokiose srityse kaip pramoninė įranga ir pramoninė automatika, ypač svarbu užtikrinti normalų CAN magistralės ryšį. Šiame straipsnyje bus analizuojamos elektromagnetinių trukdžių priežastys magistralių tinkluose, naudojant didelės spartos CAN FD siųstuvus-imtuvus, taip pat konkretūs tobulinimo sprendimai.
Elektromagnetinio suderinamumo analizė CAN FD tinkluose
Kuriant elektroninius gaminius, elektromagnetinio suderinamumo (EMS) veikimas turi didelę įtaką sistemai ir yra labai svarbus normaliam ir stabiliam jos veikimui. Privalomi elektroninių gaminių elektromagnetinio suderinamumo apribojimai jau įgyvendinti visame pasaulyje, o EMC veikimas tapo pagrindiniu gaminio kokybės rodikliu.
Elektromagnetinis suderinamumas visų pirma apima du aspektus: vienas yra neigiami elektromagnetiniai trukdžiai, kuriuos sukuria pats gaminys, žinomas kaip elektromagnetinių trukdžių emisija (EMI); kitas yra gaminio jautrumas išoriniams elektromagnetiniams signalams, žinomas kaip elektromagnetinis jautrumas (EMS). Trikdžių šaltinis, sujungimo kelias ir jautri įranga yra trys pagrindiniai elektromagnetinio suderinamumo elementai, kurių negalima praleisti.
Elektromagnetinių trukdžių signalai gali būti susieti dviem būdais: laidu ir spinduliuojamu. Atsižvelgiant į sujungimo mechanizmą, trukdžiai skirstomi į bendrųjų -režimų trikdžius ir diferencialinius{2}}režimo trikdžius. Įprasti-režimo trukdžiai atsiranda tarp visų signalo linijų (įskaitant signalo linijas, duomenų linijas ir maitinimo linijas) ir žemės, o tarp signalo linijų atsiranda diferencinio-režimo trukdžiai.
Priemonės, skirtos elektromagnetiniam suderinamumui (EMS) pagerinti, skirstomos į tris kategorijas: pačios elektroninės įrangos EMS efektyvumo didinimas, ekranavimo technologijos naudojimas spinduliuotei slopinti ir izoliacijos naudojimas laidiniam sujungimui slopinti.
1. EMC dizainas
Pagrindinės ir valdančiosios grandinių plokščių konstrukcija yra labai svarbi sistemos EMS, o plokštės gebėjimas skleisti ir priimti elektromagnetinę spinduliuotę dažnai yra vienodas. Todėl pagerinus plokštės atsparumą trukdžiams, taip pat slopinama jos elektromagnetinė emisija. Pagrindiniai PCB EMC projektavimo veiksniai yra šie:
Komponentų pasirinkimas ir išdėstymas
Pasirinkite komponentus, pasižyminčius geru EMS našumu, ir, kai tik įmanoma, pirmenybę teikite paviršiniam{0}}montavimui. Logiškai išdėstykite komponentus, sudėkite susijusius komponentus kuo arčiau vienas kito, kad būtų sumažintas laidų ilgis tarp dalių. Visų pirma, krištoliniai generatoriai, naudojami kaip mikrovaldiklių ir CAN valdiklių laikrodžio šaltiniai, turi būti išdėstyti pagal specifikacijas; kitu atveju jie nesugebės svyruoti.
Tinkamas žemės išdėstymas, siekiant sumažinti įžeminimo varžą
Įžeminimo potencialas yra visų signalų atskaitos potencialas. Idealiu atveju visi PCB įžeminimo taškai turėtų būti vienodo potencialo; tačiau dėl įžeminimo varžos tarp įžeminimo taškų egzistuoja potencialų skirtumai. Todėl įžeminimo varža turėtų būti kiek įmanoma sumažinta. Veiksmingiausias būdas yra naudoti daugiasluoksnę plokštę su tam skirta įžeminimo plokšte viduryje.
Maitinimo šaltinio stabilizavimas
Neidealios sąlygos, tokios kaip trumpalaikiai efektai loginių vartų išvesties būsenos perėjimų metu ir elektros linijos varža, neišvengiamai sukelia triukšmą į maitinimo linijas. Šis triukšmas ne tik sukelia nenormalų grandinės veikimą, bet ir sukuria didelę elektromagnetinę spinduliuotę. Be maitinimo linijos tinklelio, siekiant sumažinti elektros linijų induktyvumą ir varžą, taip pat gali būti naudojami saugojimo kondensatoriai.
2. Elektromagnetinė spinduliuotė ir elektromagnetinis ekranavimas
Elektromagnetinis ekranavimas yra vienas iš pagrindinių elektromagnetinio suderinamumo problemų sprendimo būdų. Tai netrukdo normaliam grandinių veikimui ir nereikalauja grandinės modifikacijų. Ekrano efektyvumas matuojamas jo ekranavimo efektyvumu, kurį sudaro du komponentai: atspindžio praradimas ir sugerties praradimas. Ekrano elektros tęstinumo palaikymas yra labai svarbus jo veiksmingumui. CAN magistralės kabeliai yra labai jautrūs tiek spinduliavimo, tiek priėmimo trukdžiams.
Kilpos plotas tarp dviejų vytos poros laidų{0}} yra labai mažas, o bet kuriose dviejose gretimose kilpose indukuojamos srovės yra priešingomis kryptimis, todėl viena kitą panaikina. Kuo griežčiau susuktas susuktos{2} poros kabelis, tuo ryškesnis šis efektas. Kad tinklo sistemoje būtų sumažintas dviejų CAN magistralių perdavimas, kiekviena vytos{4} poros kabelių pora turi būti ekranuota atskirai, o visi nenaudojami laido laidai turi būti prijungti prie signalo įžeminimo.
Padidinti sukimo tankį; įžeminti skydą
3. Laidųjų trukdžių ir signalo izoliacija
Įprasto sistemos veikimo metu komponentai, sukeliantys didelius laidumo trukdžius, apima perjungiamuosius maitinimo šaltinius, servo pavaras ir įvesties / išvesties valdymo įrenginius. Tačiau žalingiausias trukdžių tipas yra trumpalaikiai trukdžiai, didelė amplitudė ir maža galia.
Laikinųjų trukdžių formos apima: greitų elektros impulsų grupes, susidarančias pasikeitus variklio būsenai; viršįtampius, atsiradusius dėl žaibo ar{0}}įjungus didelio maitinimo kabelius; ir elektrostatinės iškrovos (ESD) indukcija. Laidieji trukdžiai dažniausiai yra įprasti-režimai, nors pasitaiko ir tam tikrų diferencialinio-režimo trukdžių. Sistemoje naudojamos EMC priemonės, užtikrinančios CAN magistralės ryšio patikimumą, apima: signalo apsaugas, pereinamosios įtampos slopinimo (TVS) diodus, izoliuotus siųstuvus-imtuvus ir optinę izoliaciją.
Signalo apsauga
Išorinės specialios signalų apsaugos pašalina trukdžius; pavyzdžiui, ZF-12Y2 sugeria trukdžius, o CANFDbridge veikia kaip izoliatorius.
Signalo apsauga ir CANFDBridge izoliacija
Laikinosios įtampos slopintuvas (TVS)
Trumpalaikiai įtampos slopintuvai yra prijungti lygiagrečiai tarp signalo linijos ir signalo įžeminimo, kad apsaugotų kabelius nuo aukštos{0}}įtampos viršįtampių, kuriuos sukelia žaibo smūgis arba elektrostatinė iškrova. Kai TVS įtampa viršija tam tikrą slenkstį, prietaisas greitai veda, taip išsklaidydamas viršįtampio energiją ir apribodamas įtampos amplitudę iki tam tikro diapazono.
Izoliuoti siųstuvai-imtuvai
Izoliacija yra idealus sprendimas sprendžiant laidinius trukdžius, užtikrinantis puikią elektros izoliaciją ir atsparumą trukdžiams. Renkantis izoliuotą siųstuvą-imtuvą, pirmiausia turi būti atsižvelgiama į perdavimo delsą, nes tai turi įtakos tiek perdavimo atstumui, tiek magistralės kokybei. Sąsajos siųstuvo-imtuvo grandinei suprojektuoti rekomenduojama naudoti magnetiškai izoliuotą CTM5MFD.
Optinė izoliacija
Optinė izoliacija yra idealus sprendimas sprendžiant laidinių trukdžių problemas, nes ji užtikrina puikią elektros izoliaciją ir atsparumą trukdžiams. Renkantis optrones reikia atsižvelgti į du parametrus: sklidimo delsą ir bendrojo -režimo atmetimą (CMR). Jei perdavimo delsa atitinka duomenų perdavimo spartos duomenų perdavimo sparta reikalavimus, kai tik įmanoma, reikia pasirinkti modelius su dideliu bendrojo -režimo atmetimu. Optronų bendrojo{5}režimo atmetimo gebos matavimo metodas yra didžiausias bendrojo-režimo įtampos padidėjimo (kritimo) greitis (CMH/CML), kurį išvestis gali atlaikyti išlikdama aukšta (žema). Įdiegus optinę izoliaciją, taip pat turi būti naudojama maitinimo izoliacija.
Santrauka
Įvairių trukdžių šaltinių spinduliuotė yra sudėtinga, todėl visiškai pašalinti elektromagnetinius trukdžius yra neįmanoma. Tačiau remiantis pagrindiniais elektromagnetinio suderinamumo principais, galima imtis priemonių elektromagnetiniams trukdžiams sumažinti ir išlaikyti juos sistemos leistinose ribose, taip užtikrinant patikimą sistemos ar įrangos veikimą. Pirmiau nurodytos tobulinimo priemonės gali veiksmingai pagerinti CAN FD įrenginių elektromagnetinio suderinamumo našumą.