CAN總線通訊的電磁兼容系統干擾源的解決措施

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性是電磁屏蔽效能的關鍵。

CANsmc系統中，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電磁屏蔽的原理可知，接地與屏蔽效能關系并不大，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系統正常工作時，產生較大傳導性干擾的環節有：開關電源、伺服驅動器、I/O控制設備等。而危害更大的干擾則是瞬態干擾，它的特點是時間短、幅值大、功率小。瞬態干擾的形式有：電機狀態改變時產生的電快速脈沖群干擾、雷電或大功率開關在電纜上產生的浪涌、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) 瞬態抑制二極管TVS

瞬態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。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：傳輸延時(Propagation Delay)和共模抑制CMR(Common Mode Rejection)，在傳輸延時滿足數據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，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的抗瞬態干擾能力，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生器產生干擾脈沖群，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機的監聽站，將監測到的報文數據寫入文本文件，然后分析數據的正確性。試驗中使用NS61000-4K 脈沖群發生器，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180秒加不同幅值的2.5kHz脈沖串干擾。