CAN總線通訊的電磁兼容系統(tǒng)干擾源的解決措施

4 電磁輻射和電磁屏蔽

電磁屏蔽是解決電磁兼容問題的重要手段之一，而且不影響電路的正常工作，因此不需要修改電路。屏蔽體的有效性用屏蔽效能來度量，包括反射損耗和吸收損耗兩部分。保持屏蔽體的導電連續(xù)性是電磁屏蔽效能的關(guān)鍵。

CANsmc系統(tǒng)中，CAN總線電纜具有很強的干擾輻射和干擾接收能力。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，如圖3所示。為了減小CANsmc中兩路CAN總線之間的串擾，應該將兩組雙絞線分別屏蔽，電纜中不使用的導線接到信號地根據(jù)電磁屏蔽的原理可知，接地與屏蔽效能關(guān)系并不大，但是為了降低靜電放電干擾，整個屏蔽體需要和大地相連。因此屏蔽層應使用連接器護套與主從站屏蔽機箱連接在一起，避免使用屏蔽層捻成小辮的形式。

5 傳導干擾和信號濾波與隔離

CANsmc系統(tǒng)正常工作時，產(chǎn)生較大傳導性干擾的環(huán)節(jié)有：開關(guān)電源、伺服驅(qū)動器、I/O控制設備等。而危害更大的干擾則是瞬態(tài)干擾，它的特點是時間短、幅值大、功率小。瞬態(tài)干擾的形式有：電機狀態(tài)改變時產(chǎn)生的電快速脈沖群干擾、雷電或大功率開關(guān)在電纜上產(chǎn)生的浪涌、靜電放電感應等。傳導干擾以共模形式居多，也有部分為差模干擾。　CAN總線電纜是傳導干擾傳播的一個重要途徑，在系統(tǒng)中為保證CAN總線通訊的可靠性而使用的EMC措施有：LC濾波器、瞬態(tài)抑制二極管TVS(Transient Voltage Suppressor)、光電隔離等。

(1) LC濾波器

在電路板的電纜入口處安裝LC濾波器可以濾除CAN總線電纜中傳導的各種高頻干擾信號。LC濾波器的電容并聯(lián)在CAN通訊信號線和信號地線之間，濾除高頻差模干擾的電容，也稱為旁路電容。電感串聯(lián)在信號線上，扼制共模干擾電流。使用共模扼流圈則可以避免電感在流過較大電流時發(fā)生飽和，導致電感量下降。所有的信號線都要安裝濾波器，否則整體性能會大大下降。

LC濾波器中電感量和電容量的選擇對濾波器的效果影響很大，如果電容量和電感量選擇過小，則效果不明顯，如果選擇過大，會使工頻信號衰減，引起信號失真。在應用中，CAN總線最高波特率為1Mbps，所以電容器的電容值選用1000pF，電感選用10μH的鐵氧體磁珠。

(2) 瞬態(tài)抑制二極管TVS

瞬態(tài)抑制二極管并聯(lián)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(chǎn)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(nèi)。圖4中，每個信號線都使用了兩個TVS管BZX84C33進行雙向保護，它的額定工作電壓為33V。

(3) 光電隔離

光電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。選擇光耦合器件時需要考慮兩個參數(shù)：傳輸延時(Propagation Delay)和共模抑制CMR(Common Mode Rejection)，在傳輸延時滿足數(shù)據(jù)通訊波特率的情況下盡量選擇共模抑制能力高的型號。衡量光電耦合器共模抑制能力的方法為：輸出保持高(低)時可承受的最大共模電壓上升(下降)率CMH(CML)。

表1給出了安捷倫公司的三種光耦芯片的傳輸延時和CMR參數(shù)，三種器件的傳輸延時都小于100μs，可以滿足CAN總線通訊最高1M波特率的要求。本系統(tǒng)中選用了實際最常用的6N137。使用光電隔離后，也必須使用電源隔離，系統(tǒng)選用了NME0505TM直流電源隔離器。

6 電快速脈沖群實驗

最后，通過試驗測試了系統(tǒng)的抗瞬態(tài)干擾能力，試驗過程符合GB/T 17626.4-1998：電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗，本標準相當于國際標準IEC61000-4-4:1995。試驗由和利時公司完成。

試驗方法是用快速瞬變脈沖群發(fā)生器產(chǎn)生干擾脈沖群，通過電容耦合夾將脈沖群干擾耦合到CAN總線通訊電纜，然后觀察主從站的工作情況，并接入基于PC機的監(jiān)聽站，將監(jiān)測到的報文數(shù)據(jù)寫入文本文件，然后分析數(shù)據(jù)的正確性。試驗中使用NS61000-4K 脈沖群發(fā)生器，輸出電壓為0~4000V±10%，脈沖頻率為2.5kHz、5kHz、100kHz±10%，脈沖串長度為15ms±20%。試驗條件是用10米的總線長度接入五個從站，持續(xù)180秒加不同幅值的2.5kHz脈沖串干擾。