【導讀】隨著CAN技術的不斷發(fā)展，其應用領域已經不局限于汽車制造，而在工業(yè)設備、工業(yè)自動化等領域也得到了廣泛應用。但是，工業(yè)現場環(huán)境惡劣，電磁干擾較為嚴重，如何保證CAN總線通訊的可靠性尤為重要。本文著重介紹CAN總線電磁兼容性能，提出幾種改善CAN總線電磁兼容性能的措施。
一、CAN總線電磁兼容性能分析
電磁兼容性能對CAN總線系統的運行可靠性具有較大的影響， 目前，在電子產品設計中，電磁兼容EMC性能對系統的影響非常大，關系到其能否正常穩(wěn)定運行。國際上已經開始對電子產品的電磁兼容性做強制性限制，電磁兼容性能已經成為考核產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，一個是產品本身對外界產生不良的電磁干擾EMI影響，稱為電磁干擾發(fā)射；另一個是對外界電磁信號的敏感程度，稱為電磁敏感度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總線電磁兼容的措施
當使用非屏蔽線時，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系的，因此可以采取以下措施來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，把相互有關的器件盡量放得靠近些，使各部件之間的引線盡量短。特別是微控制器和CAN控制器的時鐘源晶體，一定要按規(guī)定放置，否則會不起振。
合理布局，降低地線阻抗
合理布局包括三個方面，一方面是對元器件的位置進行合理布局，將相互關聯的元器件盡可能地集中布置，使相互之間的引線盡可能短：第二個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，防止相互之間的信號干擾。第三個方面是合理布局地線，理想狀態(tài)下，電路板上所有的地線應該等電位，但是由于地線阻抗的存在導致地線各點電位有差異，所以應該盡量減小地線阻抗。最有效的辦法是做多層板，在中間專門設置一層地線面。
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，由于方法簡便易行、屏蔽效果好以及便于設計等優(yōu)點成為提高系統電磁兼容性能的重要措施。
使用雙絞線，加大雙絞程度，屏蔽接地
電場在電纜中感應出共模電壓，而磁場在電纜中既可以感應出共模電壓，也可以感應出差模電壓。通過屏蔽可以將電磁場的感應干擾降低到最小，而使用雙絞線則進一步抑制了磁場感應的差模電壓。雙絞線的兩根線之間具有很小的回路面積，而且雙絞線的每兩個相鄰回路上感應出的電流具有相反的方向，相互抵消。雙絞線的絞節(jié)越密，則效果越明顯，建議每米雙絞33圈。同時，為了減小CAN總線的串擾，應將雙絞線加屏蔽層，為了降低靜電放電干擾，整個屏蔽體需要和大地單點相連。
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(jié)點的輸入電路中插入一個扼流線圈，如圖所示：
通過扼流線圈抑制電感性的感應共模干擾
分開的總線終端
在高頻方面，通過將總線終端電阻分開可以改善CAN網絡的電磁兼容性，此時終端電阻被分成兩個相同的大電阻，在兩個電阻中間通過一個耦合電容接地，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
傳導干擾主要產生于瞬態(tài)、暫態(tài)的過程中，如大功率開關的開合、雷電的襲擊等帶來的瞬時浪涌，一般通過CAN總線電纜傳輸，所帶來的電磁危害較大，因此在傳播途徑中要消除這些瞬時的脈沖、浪涌，使CAN總線通訊得以可靠進行。
瞬態(tài)抑制二極管TVS
瞬態(tài)抑制二極管并聯在信號線和信號地線之間，用來保護電纜受到雷擊或靜電放電時產生的浪涌高壓。當TVS上的電壓超過一定的幅度時，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每個信號線上分別使用兩個TVS管進行雙向保護。
隔離收發(fā)器
隔離是解決傳導干擾問題的理想方法，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，如光耦隔離的延時高達25ns以上，磁耦隔離只有3~5ns，其延時時間對總線的傳輸距離和質量都會造成影響，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
外接專用的信號保護器消除干擾，如ZF-12Y2消耗干擾強度和CANbridge網橋做隔離。
三、總結
致遠電子做為國內最早引入CAN技術的廠商之一，對CAN總線的開發(fā)和測試有著豐富的經驗，其研發(fā)的一款綜合性的CAN總線分析儀——CANScope，集海量存儲示波器、網絡分析儀、誤碼率分析儀、協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聯；重新定義CAN總線的開發(fā)測試方法，可對CAN網絡通信正確性、可靠性、合理性進行多角度全方位的評估；幫助用戶快速定位故障節(jié)點，解決CAN總線應用的各種問題，是CAN總線開發(fā)測試的終極工具。
