CAN バス技術はますます普及しています。ただし、産業機器や産業オートメーションなどの分野では深刻な電磁干渉があるため、通常の CAN バス通信を確保することが特に重要です。この記事では、高速 CAN FD トランシーバーを使用するバス ネットワークにおける電磁干渉の原因と、具体的な改善ソリューションを分析します。-
CAN FDネットワークにおける電磁両立性解析
電子製品の設計において、電磁両立性 (EMC) 性能はシステムに大きな影響を与え、システムの正常かつ安定した動作にとって重要です。電子製品の電磁適合性に関する強制的な制限はすでに世界中で導入されており、EMC 性能は製品品質の重要な指標となっています。
電磁両立性には主に 2 つの側面が含まれます。1 つは、電磁干渉放射 (EMI) として知られる、製品自体によって生成される有害な電磁干渉です。もう 1 つは、電磁感受性 (EMS) として知られる、外部電磁信号に対する製品の感度です。干渉源、結合経路、および敏感な機器は電磁両立性の 3 つの必須要素であり、どれも省略することはできません。
電磁干渉信号は、伝導と放射の 2 つの経路を介して結合される可能性があります。結合メカニズムに応じて、干渉はコモンモード干渉とディファレンシャルモード干渉に分類されます-。コモン-モード干渉はすべての信号線（信号線、データ線、電力線を含む）とアース間で発生しますが、ディファレンシャル-モード干渉は信号線間で発生します。
電磁両立性 (EMC) を改善するための対策は、電子機器自体の EMC 性能の強化、シールド技術を使用して放射結合を抑制する、および絶縁を採用して伝導結合を抑制するという 3 つのカテゴリに分類されます。
1. EMC設計
マスターおよびスレーブ回路基板の設計はシステムの EMC にとって重要であり、電磁放射を放射および受信する回路基板の能力は多くの場合一貫しています。したがって、回路基板の干渉耐性を向上させると、電磁放射も抑制されます。 PCB EMC 設計における重要な要素は次のとおりです。
コンポーネントの選択とレイアウト
優れた EMC パフォーマンスを持つコンポーネントを選択し、可能な限り表面実装パッケージを優先します。{0}}コンポーネントを論理的に配置し、関連するコンポーネントをできるだけ近くに配置して、部品間のリード長を最小限に抑えます。特に、マイクロコントローラーおよび CAN コントローラーのクロック ソースとして機能する水晶発振器は、仕様に従って配置する必要があります。そうしないと発振できなくなります。
グランドインピーダンスを低減するための適切なグランドレイアウト
グランド電位はすべての信号の基準電位として機能します。理想的には、PCB 上のすべてのグランド ポイントが同じ電位である必要があります。ただし、接地インピーダンスにより、接地点間に電位差が存在します。したがって、接地インピーダンスは可能な限り最小限に抑える必要があります。最も効果的な方法は、中央に専用のグランドプレーンを備えた多層基板を使用することです。
電源の安定化
論理ゲートの出力状態遷移中の過渡効果や電源ラインのインピーダンスの存在など、理想的ではない条件により、必然的に電源ラインにノイズが導入されます。このノイズは回路の異常動作を引き起こすだけでなく、重大な電磁放射を発生させます。電力線メッシュを使用して電力線のインダクタンスとインピーダンスを低減することに加えて、蓄積コンデンサも使用できます。
2. 電磁放射線と電磁シールド
電磁シールドは、電磁両立性の問題に対処するための重要な方法の 1 つです。回路の通常の動作を妨げず、回路の変更も必要ありません。シールドの有効性は、反射損失と吸収損失の 2 つの要素で構成されるシールド性能によって測定されます。シールドの電気的導通を維持することは、その効果にとって非常に重要です。 CAN バス ケーブルは、放射干渉と受信干渉の両方の影響を非常に受けやすくなります。
ツイストペア ケーブルの 2 本のワイヤ間のループ面積は非常に小さく、隣接する 2 つのループに誘導される電流は逆方向になるため、互いに打ち消し合います。{0}ツイストペア ケーブルの撚りがきつくなるほど、この影響はより顕著になります。-ネットワーク システム内の 2 つの CAN バス間のクロストークを軽減するには、ツイストペア ケーブルの各ペアを個別にシールドし、ケーブル内の未使用の導体を信号グランドに接続する必要があります。{4}
撚り密度を高めます。シールドを接地する
3. 伝導妨害と信号分離
通常のシステム動作中に、重大な伝導干渉を生成するコンポーネントには、スイッチング電源、サーボ ドライブ、および I/O 制御デバイスが含まれます。ただし、最も有害なタイプの干渉は一時的な干渉であり、持続時間が短く、振幅が大きく、電力が低いという特徴があります。
過渡干渉の形式には次のものが含まれます。 モーターの状態が変化したときに生成される高速電気パルス グループ。雷やケーブルの高電力スイッチングによって引き起こされるサージ。{0}静電気放電 (ESD) の誘導。伝導干渉は主にコモンモードです。ただし、差動モード干渉も発生します。- CAN バス通信の信頼性を確保するためにシステムで使用される EMC 対策には、信号保護装置、過渡電圧抑制 (TVS) ダイオード、絶縁トランシーバー、光絶縁が含まれます。
シグナルプロテクター
外部の専用信号プロテクターが干渉を排除します。たとえば、ZF-12Y2 は干渉を吸収し、CANFDbridge はアイソレータとして機能します。
シグナルプロテクターとCANFDBブリッジ絶縁
過渡電圧サプレッサー (TVS)
過渡電圧抑制装置は信号線と信号グランドの間に並列に接続され、落雷や静電気放電によって引き起こされる高電圧サージからケーブルを保護します。{0}} TVS の両端間の電圧が特定のしきい値を超えると、デバイスは急速に導通し、それによってサージ エネルギーが消散し、電圧振幅が特定の範囲に制限されます。
絶縁型トランシーバー
絶縁は伝導干渉に対処するための理想的なソリューションであり、優れた電気絶縁性と干渉耐性を提供します。絶縁型トランシーバーを選択する場合は、伝送距離とバスの品質の両方に影響を与えるため、伝送遅延を第一に考慮する必要があります。インターフェイス トランシーバ回路を設計するには、磁気的に絶縁された CTM5MFD を使用することをお勧めします。
光絶縁
光絶縁は、優れた電気絶縁性と干渉耐性を提供するため、伝導干渉の問題に対処するための理想的なソリューションです。フォトカプラを選択するときは、伝播遅延とコモンモード除去 (CMR) という 2 つのパラメータを考慮する必要があります。-伝播遅延がデータ通信のボーレート要件を満たしている場合、可能な限りコモンモード除去の高いモデルを選択する必要があります。-フォトカプラのコモンモード除去能力を測定する方法は、出力がハイ（ロー）のまま耐えることができる最大コモンモード電圧上昇（下降）率（CMH/CML）です。-光絶縁を実装した後は、電源絶縁も採用する必要があります。
まとめ
さまざまな干渉源からの放射は複雑であり、電磁干渉を完全に排除することは不可能です。ただし、電磁適合性の基本原理に基づいて、電磁干渉を最小限に抑え、システムの許容範囲内に保つための措置を講じることができ、それによってシステムまたは機器の信頼性の高い動作が保証されます。上記で概説した改善策により、CAN FD デバイスの電磁両立性性能を効果的に強化できます。