一、CAN總線(xiàn)電磁兼容性能分析

電磁兼容性能對CAN總線(xiàn)系統的運行可靠性具有較大的影響， 目前，在電子產(chǎn)品設計中，電磁兼容EMC性能對系統的影響非常大，關(guān)系到其能否正常穩定運行。國際上已經(jīng)開(kāi)始對電子產(chǎn)品的電磁兼容性做強制性限制，電磁兼容性能已經(jīng)成為考核產(chǎn)品性能的重要指標之一，因此必須予以重視。電磁兼容主要包括兩方面的內容，一個(gè)是產(chǎn)品本身對外界產(chǎn)生不良的電磁干擾EMI影響，稱(chēng)為電磁干擾發(fā)射；另一個(gè)是對外界電磁信號的敏感程度，稱(chēng)為電磁敏感度EMS。干擾源、耦合途徑及敏感設備是電磁兼容的三要素，缺一不可。電磁干擾信號的耦合途徑有傳導和輻射兩種。

二、改善CAN總線(xiàn)電磁兼容的措施

當使用非屏蔽線(xiàn)時(shí)，物理層的電磁兼容性就變得非常重要，提高電磁兼容性的措施可分為三種：發(fā)射防護、吸收防護、傳導防護。

發(fā)射防護——提高電子設備本身電磁兼容能力

提高電子設備本身的電磁兼容性能是從根本上提高系統電磁兼容性能的有效措施，而印制電路板(PCB板)是電子設備的核心組成部分，并且其抗電磁干擾性能與電磁輻射性能往往是相互聯(lián)系的，因此可以采取以下措施來(lái)提高印制電路板的電磁兼容性能。

選擇電磁兼容性能好的元器件

選擇EMC性能好的元器件，并盡量選擇表面貼裝的封裝形式。器件合理布局，把相互有關(guān)的器件盡量放得靠近些，使各部件之間的引線(xiàn)盡量短。特別是微控制器和CAN控制器的時(shí)鐘源晶體，一定要按規定放置，否則會(huì )不起振。

合理布局，降低地線(xiàn)阻抗

合理布局包括三個(gè)方面，一方面是對元器件的位置進(jìn)行合理布局，將相互關(guān)聯(lián)的元器件盡可能地集中布置，使相互之間的引線(xiàn)盡可能短：第二個(gè)方面是要將電子設備內部的數字電路與模擬電路有效分開(kāi)，防止相互之間的信號干擾。第三個(gè)方面是合理布局地線(xiàn)，理想狀態(tài)下，電路板上所有的地線(xiàn)應該等電位，但是由于地線(xiàn)阻抗的存在導致地線(xiàn)各點(diǎn)電位有差異，所以應該盡量減小地線(xiàn)阻抗。最有效的辦法是做多層板，在中間專(zhuān)門(mén)設置一層地線(xiàn)面。

吸收防護——抑制感應電磁干擾

對于外界的輻射干擾，可采用屏蔽或吸收的方式減弱消除，由于方法簡(jiǎn)便易行、屏蔽效果好以及便于設計等優(yōu)點(diǎn)成為提高系統電磁兼容性能的重要措施。

使用雙絞線(xiàn)，加大雙絞程度，屏蔽接地

電場(chǎng)在電纜中感應出共模電壓，而磁場(chǎng)在電纜中既可以感應出共模電壓，也可以感應出差模電壓。通過(guò)屏蔽可以將電磁場(chǎng)的感應干擾降低到最小，而使用雙絞線(xiàn)則進(jìn)一步抑制了磁場(chǎng)感應的差模電壓。雙絞線(xiàn)的兩根線(xiàn)之間具有很小的回路面積，而且雙絞線(xiàn)的每?jì)蓚�(gè)相鄰回路上感應出的電流具有相反的方向，相互抵消。雙絞線(xiàn)的絞節越密，則效果越明顯，建議每米雙絞33圈。同時(shí)，為了減小CAN總線(xiàn)的串擾，應將雙絞線(xiàn)加屏蔽層，為了降低靜電放電干擾，整個(gè)屏蔽體需要和大地單點(diǎn)相連。

增加阻抗抑制共模干擾

在共模干擾方面，符合ISO11898-2標準的差分傳輸已經(jīng)提供了極好的防護，在CAN收發(fā)器所支持的共模范圍之內，由于接收器只計算總線(xiàn)之間的電壓差，因此濾除了共模干擾信號。高能量、電感性的感應干擾信號可能導致產(chǎn)生超出收發(fā)器共模范圍的干擾信號，為了抑制這種干擾信號，可以在CAN節點(diǎn)的輸入電路中插入一個(gè)扼流線(xiàn)圈，如圖所示：

通過(guò)扼流線(xiàn)圈抑制電感性的感應共模干擾

分開(kāi)的總線(xiàn)終端

在高頻方面，通過(guò)將總線(xiàn)終端電阻分開(kāi)可以改善CAN網(wǎng)絡(luò )的電磁兼容性，此時(shí)終端電阻被分成兩個(gè)相同的大電阻，在兩個(gè)電阻中間通過(guò)一個(gè)耦合電容接地，如圖所示，為了使高頻信號對地短路而不削弱直流特性，必須確保電容連接到一個(gè)電平固定的地。

傳導防護——傳導干擾的隔離與防護

傳導干擾主要產(chǎn)生于瞬態(tài)、暫態(tài)的過(guò)程中，如大功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)合、雷電的襲擊等帶來(lái)的瞬時(shí)浪涌，一般通過(guò)CAN總線(xiàn)電纜傳輸，所帶來(lái)的電磁危害較大，因此在傳播途徑中要消除這些瞬時(shí)的脈沖、浪涌，使CAN總線(xiàn)通訊得以可靠進(jìn)行。

瞬態(tài)抑制二極管TVS

瞬態(tài)抑制二極管并聯(lián)在信號線(xiàn)和信號地線(xiàn)之間，用來(lái)保護電纜受到雷擊或靜電放電時(shí)產(chǎn)生的浪涌高壓。當TVS上的電壓超過(guò)一定的幅度時(shí)，器件迅速導通，從而將浪涌能量泄放掉，并將電壓的幅度限制在一定的范圍內。建議CANH、CANL每個(gè)信號線(xiàn)上分別使用兩個(gè)TVS管進(jìn)行雙向保護。

隔離收發(fā)器

隔離是解決傳導干擾問(wèn)題的理想方法，它具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。選擇隔離收發(fā)器首先要考慮傳輸延時(shí)，如光耦隔離的延時(shí)高達25ns以上，磁耦隔離只有3~5ns,其延時(shí)時(shí)間對總線(xiàn)的傳輸距離和質(zhì)量都會(huì )造成影響，建議使用磁隔離的CTM1051設計接口收發(fā)電路。

光纖傳輸

采用光纖傳輸，比如致遠電子的CANHUB-AF1S1，安全隔離干擾。

信號保護器

外接專(zhuān)用的信號保護器消除干擾，如ZF-12Y2消耗干擾強度和CANbridge網(wǎng)橋做隔離。

三、總結

致遠電子做為國內最早引入CAN技術(shù)的廠(chǎng)商之一，對CAN總線(xiàn)的開(kāi)發(fā)和測試有著(zhù)豐富的經(jīng)驗，其研發(fā)的一款綜合性的CAN總線(xiàn)分析儀——CANScope，集海量存儲示波器、網(wǎng)絡(luò )分析儀、誤碼率分析儀、協(xié)議分析儀及可靠性測試工具于一身，并把各種儀器有機的整合和關(guān)聯(lián)；重新定義CAN總線(xiàn)的開(kāi)發(fā)測試方法，可對CAN網(wǎng)絡(luò )通信正確性、可靠性、合理性進(jìn)行多角度全方位的評估；幫助用戶(hù)快速定位故障節點(diǎn)，解決CAN總線(xiàn)應用的各種問(wèn)題，是CAN總線(xiàn)開(kāi)發(fā)測試的終極工具。