如何提高 CAN 收发器的 EMC 性能

在电子产品的设计中，电磁兼容EMC性能对系统的影响非常大，关系到其能正常稳定运转。世界上已经开始对电子产品的电磁兼容性做强制性限制，电磁兼容性能已经成为产品性能的一个重要指标。

电磁兼容主要有两方面的内容，一个是产品本身对外界产生不良的电磁干扰影响，称为电磁干扰发射EMI;另一个是对外界电磁信号的敏感程度称为电磁敏感度EMS。干扰源、相合途径及敏感设备是电磁兼容的三要素，缺一不可。

在这篇文章中，我将在之前的终端主题的基础上，讨论分离模式终端如何提高用于楼宇自动化系统(如 HVAC)的 CAN 安装的电磁兼容性 (EMC) 性能。

CAN 收发器EMC 性能的两个关键指标是抗射频 (RF) 噪声和射频噪声发射。国际电工委员会 (IEC) 61967-4(电磁辐射测量)和 IEC 62132-4(电磁抗扰度测量)测量这两个指标。在这两个标准中，噪声要么通过差分共模耦合网络从网络测量，要么通过网络注入，如图 1 所示。

图 1：差分 (a) 发射和 (b) 抗扰度耦合网络

当通过图 1(a) 所示的耦合网络测量CAN 网络发射时，网络一侧的理想差分 CAN 信号将不会导致耦合网络另一侧的电气干扰。但是在 CAN 信号中引入失配(如上升沿和下降沿之间的传播延迟、上升/下降沿速率或共模幅度)会产生一个共模信号，该信号将通过耦合网络到达频谱分析仪. 共模的这些变化会导致电磁辐射。图 2 显示了理想信号、所有三种失配类型以及由此产生的共模信号的示例。

图 2：CAN 总线信号失配类型 (a) 理想信号、(b) 传播延迟、
(c) 上升/下降时间失配和 (d) 差分幅度失配及其对共模的影响

此外，由于 CAN 通常使用双绞线布线，因此耦合到电缆上的任何噪声都表现为共模变化，这正是 IEC 62132-4 标准中以这种方式耦合噪声的原因，如图 1 所示(b)。

如果您回想一下本系列的第四部分，有一种称为分离端接的端接方案，它为总线上的共模信号创建一个低通电阻电容 (RC) 滤波器。这种分离端接方案将过滤由总线上的收发器引起的共模波动和由外部噪声耦合到总线上引起的共模波动。

图 3 和图 4 显示了这种过滤的示例。图 3 显示了一个 CAN 收发器通过两个并联的 120Ω 电阻器发送 500kHz 方波。紫色数学信号显示 CANH + CANL(共模信号的两倍)。图 4 显示了相同的设置，但有一个变化：单个 60Ω 电阻器替换为一个 120Ω 电阻器与一个分离终端(60Ω，4.7nF 接地，60Ω)并联。图右上方数学信号的峰峰值测量和数学信号的伏特/格从图 3 中的 200mV/格变为图 4 中的 100mV/格。

图 3：标准终端的 CAN 总线信号示例


图 4：具有单一标准终端和单一分离终端的 CAN 总线信号示例

如您所见，通过添加两个额外的无源元件来形成分离终端，共模信号峰峰值从 344 mV 下降到 138 mV。这是超过 2 倍的改进!这将提高 CAN 装置的辐射和抗扰度性能。

各种干扰设备的辐射很复杂，要真正完全消除电磁干扰是不可能完成的任务。但是可以根据电磁兼容性的基本原理采取措施来最大限度地减小电磁干扰，并使之控制在系统可容纳的范围之内，从而保证系统或设备可靠运行。以上的改善方案，可以很好的提高CAN FD设备的电磁兼容性能。