汽車電子CAN接口的EMC設計方案

汽車電子接口CAN的電磁兼容設計方案——本方案由電磁兼容設計平臺〔EDP〕軟件自動生成CAN接口EMC設計概述ControllerAreaNetwork簡稱為CAN，多用于汽車以及工業(yè)控制，用于數(shù)據(jù)的傳輸控制。在應用的過程中通訊電纜容易耦合外部的干擾對信號傳輸造成一定的影響，單板內部的干擾也可能通過電纜形成對外輻射。本方案從EMC原理上，通過接口的原理圖、PCB、結構及電纜方面進行相關的抑制干擾和抗敏感度設計，從設計層次解決EMC問題。本方案可通過汽車電子標準CISPR25-2008及ISO7637系列標準，或可通過以下測試工程：序號接口測試工程測試等級性能判據(jù)1輻射發(fā)射(RE)CISPR25LV52傳導發(fā)射〔CE〕CISPR25LV53射頻磁場抗擾度(RI)400~4000MHz150V/m駐留時間2s性能判據(jù)A4大電流注入BCI1~400MHz150mA150mm駐留時間2s性能判據(jù)A5傳導抗擾度7637-2〔24V系統(tǒng)〕波形1：Us=-450V10000pulses波形2a：Us=+50V10000pulses波形2b：Us=+20V20pulses波形2a：Us=-150V1h波形3b：Us=+150V1h波形5b：Us=-+30VTd=250ms性能判據(jù)C性能判據(jù)A性能判據(jù)C性能判據(jù)A性能判據(jù)A性能判據(jù)A6靜電抗擾度ESD接觸：+-8KV空氣：+-15KV性能判據(jù)A原理圖設計方案1.CAN接口防靜電設計圖1CAN接口防靜電設計電路EMC設計說明：〔1〕電路濾波設計要點：L1為共模電感，用于濾除差分線上的共模干擾，其阻抗選擇范圍為120Ω/100MHz~2200Ω/100MHz，典型值選取600Ω/100MHz；C1、C2為信號線上的濾波電容，給干擾提供低阻抗的回流路徑，容值選取范圍為22PF~1000pF，典型值選取100pF；C3為接口地和數(shù)字地之間的跨接電容，典型取值為1000pF，耐壓要求到達2KV以上，C3容值可根據(jù)測試情況進行調整；〔2〕電路防護設計要點：D1、D2為瞬態(tài)抑制二極管，典型選值要求反向關斷電壓3.5V以上；因為TVS只是用來靜電防護，TVS的功率不作要求。TVS管的結電容對信號傳輸有一定的影響，CAN接口推薦使用結電容小于100pF的TVS管。接口電路設計備注：如果設備為金屬外殼，同時單板可以獨立的劃分出接口地，那么金屬外殼與接口地直接電氣連接，且單板地與接口地通過1000pF電容相連；如果設備為非金屬外殼，那么接口地PGND與單板地GND直接電氣連接。三.PCB設計方案1.CAN接口分地設計圖1CAN接口分地設計方案特點：〔1〕 為了抑制內部單板高頻噪聲通過接口向外傳導輻射，也為了增強單板對外部干擾的抗擾能力。在CAN接口處增加防護和濾波隔離器件，并以隔離器件位置大小為界，劃分出接口地；〔2〕 隔離帶中可以選擇性的增加電容作為兩者地之間的連接，電容取值建議為1000pF；信號線串聯(lián)共模電感濾波，且共模電感要求置于隔離帶內；為了防止外部強干擾通過端口耦合進內部PCB，引起內部器件性能下降，在靠近端口處信號線上增加防護器件TVS管，具體布局如圖示。方案分析：〔1〕 當接口與單板存在相容性較差或不相容的電路時，需要在接口與單板之間進行“分地”處理，即根據(jù)不同的端口電壓、電平信號和傳輸速率來分別設置地線?！胺值亍保梢苑乐共幌嗳蓦娐返幕亓餍盘柕寞B加，防止公共地線阻抗耦合；〔2〕 CAN接口信號傳輸速率較高，內部PCB板高頻噪聲很容易由公共地線通過接口向外傳導輻射，因此將公共地分割且通過電容相接，可以阻斷共模干擾的傳播路徑。2.CAN接口電路布局圖1CAN接口濾波與防護電路布局方案特點：〔1〕防護器件及濾波器件要靠近接口位置處擺放且要求擺放緊湊整齊，信號線上的防護器件TVS管與濾波電容要下接至接口地；按照信號流向擺放器件，走線時要盡量防止走線曲折的情況；〔2〕共模電感及跨接電容要置于隔離帶中。方案分析：〔1〕接口及接口濾波防護電路周邊不能走線且不能放置高速或敏感的器件；〔2〕隔離帶下面投影層要做掏空處理，禁止走線。四．結構設計方案1.CAN信號連接器針腳定義圖2CAN信號連接器連接器信號針腳定義〔1〕假設是單組CAN信號，那么選擇相鄰的兩個針腳作為差分信號；〔2〕假設是多組CAN信號在同一個連接器內，那么每組信號間要定義一個地針腳來相互隔離。如上圖所示：五.線纜設計方案1.CAN信號電纜組線圖2CAN信號電纜組線電纜設計：〔1〕CAN信號電纜采用網(wǎng)狀編織屏蔽層的屏蔽方式，且網(wǎng)狀編織層編織密度要求不小于90%；〔2〕內部組線時，差分電纜采用雙絞傳輸，雙絞絞距一般為信號電纜線徑的3倍；組線方式如上圖所示：〔3〕電纜兩端需要增加磁環(huán)處理，磁環(huán)內徑與電纜的外徑要緊密結合，盡量選擇厚長型的磁環(huán)。走線設計：〔1〕CAN信號電纜走線時要求遠離其他強干擾源，如電源模塊；〔2〕電纜走線最好單獨走線或與其他模擬以及功率線纜保持10cm以上距離，切不可與其他線纜一起混合捆扎。EDP軟件介紹電磁兼容設計平臺(EDP)，利用人工智能技術，模擬專家如何運用他們的知識和經(jīng)驗來解決企業(yè)面臨電磁兼容〔EMC〕問題，智能化輸出產(chǎn)品電磁兼容解決方案，指導產(chǎn)品設計、測試、應用遇到問題。電磁兼容設計平臺：主要包括PCB設計、原理圖設計、結構