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【转】CAN总线设计---CAN节点的电容、CAN终端电阻、CAN总线共模电感/共模扼流圈修改版*****

CAN最大传输速度可达1Mbps,它通过差分连接到总线。

1.CAN节点电容:

汽车CAN对于总线设计规范CAN节点的输入电容器有严格的规定,每个节点不允许添加过多的容量设备,否则节点组合在一起会导致总线波形畸变,增加通信错误。具体如表所示 1所示。为汽车测试标准GMW输入电容标准为3122

电容通常是PF极其常见。保证通信质量,同时可以过滤噪声干扰。

所以每个厂家上车前都要测试CAN节点DUT(被测设备)CANH对地、CANL对地、CANH对CANL输入电容。通常使用方法GMW3122汽车试验标准CAN方法。如图所示。

这种测试方法有很大的局限性。只能根据波形放电时间进行测量和计算。人工误差很大。通过多次统计,然后进行平均,这是非常耗时的。此外,由于电容器属于非线性设备,使用方波测量不能有效排除直流重量。

2.CAN终端电阻:

顾名思义,它是添加到总线末端的电阻。虽然电阻很小,但在CAN但总线起着非常重要的作用。

终端

CAN总线终端电阻有两个功能:

一是提高抗干扰能力,确保总线快速进入隐性状态。

二、提高信号质量。

CAN总线有显性和隐性两种状态,显性代表1,隐性代表0CAN决定。图1是一个CAN典型的收发器内部结构图,CANH、CANL连接总线。

图1

当总线显性时,收发器内部Q1、Q2导通,CANH、CANL之间有压差;隐性时,Q1、Q2截止,CANH、CANL处于无源状态,压差为0。

如果总线没有负载,电阻值很大,外部干扰只需要很小的能量就能使总线进入显性(一般收发器显性门限最小电压只有500mV)。为了提高总线隐性时的抗干扰能力,可以增加差负载电阻,电阻值尽可能小,以消除大部分能量的影响。但是,为了避免电流总线进入显性,电阻值不能太小。

在显性状态下,总线的寄生电容器将被充电,当它们恢复到隐性状态时,需要放电。CANH、CANL电容器只能通过收发器内能通过收发器内部的差异电阻放电。我们在收发器CANH、CANL加一个220PF模拟试验中的电容,位速为500kbit/s,波形如图2、图3。

图2

图3

从图3可以看出,显性恢复到隐性的时间长达1.44μS,如果通信速度较高或寄生电容较大,则很难保证通信正常。

为了快速放电总线寄生电容,确保总线快速进入隐藏状态,需要在CANH、CANL之间放置负载电阻。增加60个Ω波形如图4和图5所示。从图中可以看出,显性恢复到隐性的时间缩短到128nS,与显性建立时间相当。

图4

图5

当信号转换速率高时,当信号边缘能量不匹配时,会产生信号反射;传输电缆横截面的几何结构发生变化,电缆的特征阻抗发生变化,反射。

在总线电缆的末端,阻抗的急剧变化导致信号边缘的能量反射,并在总线信号上产生振动铃。如果振动铃幅度过大,则会影响通信质量。在电缆末端增加与电缆特性阻抗一致的终端电阻,以吸收这部分能量,避免振动铃。

我们进行了位速为1的模拟试验Mbit/s,收发器CANH、CANL接一根10m双绞线左右,收发器端接120Ω电阻保证隐性转换时间,末端不加负载。末端信号波形如图6,信号上升沿出现了振铃。

图6

如果双绞线末端增加120Ω终端信号波形明显改善,振铃消失,如图7所示。

图7

一般在直线型中,电缆两端是发送端,也是接收端,所以电缆两端需要增加终端电阻。

任何电缆的特性阻抗都可以通过实验得到。电缆的一端连接到方波发生器,另一端连接到电阻,并通过观察电阻上的波形。调整电阻值,直到电阻上的信号是一个良好的无振铃方波,电阻值与电缆的特性阻抗一致。

大多数电缆都是单线的。如果您使用两根典型的汽车电缆将其扭曲成双绞线,您可以根据上述方法获得约120个特征阻抗Ω,这也是CAN标准推荐的终端电阻值。

3.CAN总线共模电感/共模扼流圈

将共模扼流线圈串入差动传输线,能有效去除共模噪声。

放射噪声的差异传输

所示共模扼流线圈串入差分信号线,共模扼流线圈能够使数据传输时必要的差模信号通过,同时降低共模噪声。串入差分信号线的共模扼流线圈

共模扼流圈的作用

共模扼流圈本质上是一种双向滤波器:一方面,过滤信号线上的共模电磁干扰,另一方面,抑制电磁干扰,避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常运行。共模扼流圈可传输差模信号,可通过直流和低频共模信号,高频共模噪声阻抗大,可用于抑制共模电流骚扰。

作为CAN和车载Ethernet一般使用这种差异接口的噪声对策产品。共模扼流圈的基本结构如图1所示:一个磁芯中有两条绕线。当两个绕线对应的反向电流流过时,磁芯中产生的磁通量会相互反向抵消,而同向电流流过时的磁通量会相互向同一方向产生,因此阻抗性较高。这样,共模扼流圈可以通过相互反向的差分信号抑制共模噪声。

关于CAN在噪声对策产品中,村田公司将相应的共模扼流圈DLW43SH产品化系列。该系列产品的外观和主要特点如图2所示。DLW43SH使用系列CAN和FlexRay等车载LAN共模扼流圈用于噪声对策,尺寸为4.5×3.2×2.6mm表面贴装。最大特征值为100μH此外,DLW43SH截止频率约为1万MHz,对应高速差分信号对高频的要求。使用温度范围-40~ 125℃,因此适用于车载的广泛应用。

作为DLW43SH小产品系列,DLW32SH该系列目前正在开发中。该系列的外观和主要特征如图3所示。DLW32SH系列尺寸为3.2×2.5×2.3mm它具有小尺寸的特点,并且与DLW43SH与系列相比,可以实现相同的性能。其结构特点是产品端子采用金属支架,可缓解温度变化引起的热膨胀影响,适用温度范围达到-55~ 150℃。

此外,村田公司目前正在开发汽车Ethernet共模扼流圈DLW43MH系列。产品的外观和主要特点如图4所示。DLW43MH系列尺寸及DLW43SH系列同为4.5×3.2×2.6mm,共模电感值提高到200μH,因此,在较宽的频带中起到有效的噪声对策作用。由于在绕线上下了很大的功夫,改善了共模转差模的噪声,噪声改善效果会更好。

为了确认CAN中DLW43SH系列和DLW32SH我们使用了一系列噪声抑制效果CAN对评估板进行噪声测定。噪声测定在村田公司电波暗室进行,在汽车电子设备标准中CISPR峰值检测测定在25的测试环境中进行。评价板采用收发器TXD端子向CAN输入250kHz脉冲信号同时输出CAN当信号传输到电缆时,可以检测噪声。使用的共模扼流圈是DLW43SH510XK2和DLW32SH510VK2。如图5所示。如图5所示,信号频率为250kHz高频噪声,但由于共模扼流圈的使用,噪声最大压制20dB的程度。

接下来要说的是车载Ethernet噪声对策评价结果。所谓测量,就是用车Ethernet通信过程中相应的通信评价板和测定板之间的噪声。测试环境如上述和CAN相同的CISPR25标准测试环境。使用的共模扼流线圈是DLW43MH201XK2。如图6所示。据图6所知,如果不使用共模扼流线圈,66MHz使用时会产生噪声和高频噪声DLW43MH201XK2.噪声峰值部分相对降低,表明噪声在较宽频带中得到控制。

面向车载市场的村田噪声对策产品CAN和车载Ethernet以共模扼流线圈为例DLW43SH系列、DLW32SH系列、DLW43MH该系列产品展示了噪声对策的例子。未来,村田公司将继续丰富面向汽车市场的产品阵容,为电子化进程和汽车市场噪声问题的解决做出贡献。

参考:http://www.dzsc.com/data/2017-3-22/111811.html

http://www.elecfans.com/emc_emi/482651.html

https://www.baidu.com/link?url=xcd2OaWVJojRvoSOmzz8PiIHaFyAxUBeBZHKBKrGUY7SRtnZ6jaqnQWbOSfrMPKNVxo6zT1dlpiA-LJR8vOajTIeIoz4taGn2FAJjeHqyta&wd=&eqid=a75a8dfd00006340000000065b9f0b20

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标签: 0603共模电感封装

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