CAN數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)EMC的評(píng)價(jià)方法

a.抗擾性測(cè)試
圖2為標(biāo)準(zhǔn)ISO 11452－7提供的測(cè)試連接圖。圖2中外圍設(shè)備(如電源和數(shù)字信號(hào))連接到被測(cè)裝置，為被測(cè)裝置提供必不可少的工作，連接線路配有濾清器，稱為寬帶模擬網(wǎng)(BAN)，它可以防止射頻能量向外圍設(shè)備的輻射。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，濾波器在被測(cè)裝置一邊必須呈高阻態(tài)(輸出阻抗應(yīng)為幾百Ω)。對(duì)于抗擾性評(píng)價(jià)，測(cè)試儀器既是發(fā)射能量的干擾源，又是測(cè)量抗擾性電平的測(cè)試儀器，此時(shí)射頻能量通過射頻耦合網(wǎng)絡(luò)注入被測(cè)裝置。

圖2 ISO 11452-7的測(cè)試連接圖
ISO 11452－7規(guī)定被測(cè)裝置和BAN之間的最大距離為75 mm，為了在寬頻率范圍內(nèi)提供確定的耦合，一般建議被測(cè)裝置和BAN之間的距離越小越好。同時(shí)為方便測(cè)試能反復(fù)進(jìn)行，最好采用PCB(Printed Circuit Board，即印刷電路板)作為測(cè)試裝置。ISO 11452－7還規(guī)定射頻耦合網(wǎng)絡(luò)由隔直電容器和10 dB的衰減器串聯(lián)組成，電容器的作用是抑制直流分量，衰減器減小阻抗失配以保護(hù)功率放大器。

b.輻射測(cè)試
IEC 61967提供了多種集成電路級(jí)電磁輻射測(cè)試方法。與抗擾性測(cè)試相似，優(yōu)先采用被測(cè)裝置和測(cè)試儀器之間直接耦合的測(cè)試方法。IEC 61967－4對(duì)采用直接耦合測(cè)試輻射的方法有詳細(xì)論述，其連接圖與圖2所示抗擾性測(cè)試連接圖完本相同。與抗擾性測(cè)試類似，IEC 61967－4規(guī)定耦合網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)隔直電容器和一個(gè)電阻串聯(lián)組成，工作在信號(hào)線的負(fù)載狀態(tài)，對(duì)于串行口(收發(fā)器總線引腳)來說該負(fù)載的值很小，不會(huì)影響收發(fā)器的正常工作。

綜上所述，采用圖2所示的測(cè)試連接圖作為后面進(jìn)行CAN數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)EMC評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。下面介紹適用于不同網(wǎng)絡(luò)(包括單線CAN、容錯(cuò)CAN和高速CAN)EMC評(píng)價(jià)的測(cè)試裝置。

CAN數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)EMC的測(cè)試裝置
a.單線CAN的測(cè)試裝置
單線CAN通過單根總線連接，一般應(yīng)用于低速場(chǎng)合，典型傳輸速率33 kb/s，最多可連接32個(gè)節(jié)點(diǎn)。圖3所示的測(cè)試PCB上安裝了兩個(gè)單線CAN收發(fā)器AU 5790，電源線BAN2(包含電源濾波電感器)濾波器F1和F2給收發(fā)器提供工作電壓。收發(fā)器1接收經(jīng)BAN1(包含1 kΩ的串聯(lián)電阻)輸入的CAN信息，并經(jīng)CAN－H發(fā)送到收發(fā)器2，收發(fā)器2再將信息經(jīng)BAN1從測(cè)試板輸出。測(cè)試儀器通過射頻耦合網(wǎng)絡(luò)與CAN－H連接。

在抗擾性測(cè)試中，射頻信號(hào)發(fā)生器或功率放大裝置與耦合節(jié)點(diǎn)相連，在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上測(cè)量抗擾電平。而在輻射測(cè)試中，測(cè)試接收裝置或頻譜分析儀代替射頻信號(hào)發(fā)生裝置連接到耦合節(jié)點(diǎn)上。

圖3 單線CAN總線測(cè)試裝置原理圖

b.耦合網(wǎng)絡(luò)和電阻分壓器是進(jìn)行精確測(cè)量的關(guān)鍵
CAN－H的直流負(fù)載為R2和R6，電阻約為1 kΩ，射頻耦合網(wǎng)絡(luò)中的R1、C1和R3構(gòu)成CAN－H的交流負(fù)載，這些元件值的選取應(yīng)接近典型總線負(fù)載的值。其中R2和R6還構(gòu)成電阻分壓器，得到輔助的射頻輸出端(RF－OUT)。R6的選取應(yīng)使RF－OUT點(diǎn)的輸出阻抗為50 Ω，它與輸入阻抗50 Ω的測(cè)試儀器連接，衰減約為32 dB。設(shè)置輔助輸出端的目的：①測(cè)量從耦合節(jié)點(diǎn)到CAN－H線的傳遞函數(shù)；②測(cè)量時(shí)域范圍內(nèi)CAN－H的電壓。

抗擾性評(píng)價(jià)對(duì)射頻耦合網(wǎng)絡(luò)的要求
耦合網(wǎng)絡(luò)組成的要素是R1和C1，R1的選取應(yīng)使CAN－H到搭鐵的耦合阻抗與IEC 61967－4規(guī)定的阻抗150×(1±0.2)Ω相匹配，同時(shí)C1的選取應(yīng)使耦合網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗接近于單線CAN網(wǎng)絡(luò)的典型負(fù)載。C1還決定了射頻耦合網(wǎng)絡(luò)在低頻范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)折頻率f：
f=1/[2π(RS＋R1)C1]
=1/[2×π×145×4.7×10－9≈225 kHz (1)
該頻率比ISO 11452－7中規(guī)定的最低測(cè)試頻率250 kHz要低。

高頻范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)折頻率由測(cè)試PCB決定，主要應(yīng)避免諧振的發(fā)生。為確定高頻轉(zhuǎn)折頻率，需要先測(cè)量或計(jì)算耦合網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)，Philips半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室利用圖4所示的電路進(jìn)行了耦合網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的測(cè)量和計(jì)算，圖4中CPCB為CAN－H到搭鐵的寄生電容，經(jīng)測(cè)量其值為7.5 pF，測(cè)量和計(jì)算的結(jié)果如圖5所示。將傳遞函數(shù)的計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果相比較，可以發(fā)現(xiàn)兩者非常吻合。并且由圖5可知，至少在500 MHz以內(nèi)，測(cè)試電路不會(huì)受到諧振的影響。

圖4 計(jì)算耦合網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的等效電路

圖5 耦合網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的測(cè)量和計(jì)算結(jié)果

電磁輻射評(píng)價(jià)對(duì)射頻耦合網(wǎng)絡(luò)的要求
測(cè)量電磁輻射時(shí)，需要知道CAN－H到頻譜分析儀的傳遞函數(shù)。射頻耦合網(wǎng)絡(luò)和頻譜分析儀的輸入阻搞具有高通濾波的特性，轉(zhuǎn)折頻率與公式(1)的結(jié)果相同，通常衰減約為15 dB，因而把該值加到頻譜分析儀的讀數(shù)上，才能得到CAN－H線上電磁輻射的直正值。