CAN 버스 기술은 점점 더 널리 보급되고 있습니다. 그러나 산업 장비, 산업 자동화 등의 분야에서는 심각한 전자기 간섭으로 인해 정상적인 CAN 버스 통신을 보장하는 것이 특히 중요합니다. 이 기사에서는 고속 CAN FD 트랜시버를 사용하는 버스 네트워크에서 전자기 간섭의 원인과 개선을 위한 구체적인 솔루션을 분석합니다.
CAN FD 네트워크의 전자기 호환성 분석
전자 제품 설계에 있어서 전자기 적합성(EMC) 성능은 시스템에 큰 영향을 미치며 시스템의 정상적이고 안정적인 작동에 매우 중요합니다. 전자 제품의 전자기 호환성에 대한 의무적 제한은 이미 전 세계적으로 시행되었으며 EMC 성능은 제품 품질의 주요 지표가 되었습니다.
전자기 호환성은 주로 두 가지 측면을 포함합니다. 하나는 전자기 간섭 방출(EMI)로 알려진 제품 자체에서 생성되는 불리한 전자기 간섭입니다. 다른 하나는 전자기 민감성(EMS)으로 알려진 외부 전자기 신호에 대한 제품의 민감도입니다. 간섭원, 결합 경로 및 민감한 장비는 전자기 호환성의 세 가지 필수 요소이며 어느 것도 생략할 수 없습니다.
전자기 간섭 신호는 전도 경로와 방사 경로의 두 가지 경로를 통해 결합될 수 있습니다. 간섭은 결합 메커니즘에 따라 공통-모드 간섭과 차동-모드 간섭으로 분류됩니다. 공통-모드 간섭은 모든 신호선(신호선, 데이터선, 전력선 포함)과 접지 사이에서 발생하고, 차동-모드 간섭은 신호선 사이에서 발생합니다.
전자파 적합성(EMC)을 개선하기 위한 조치는 전자 장비 자체의 EMC 성능 향상, 차폐 기술을 사용하여 방사 결합을 억제하는 방법, 절연을 사용하여 전도 결합을 억제하는 세 가지 범주로 나뉩니다.
1. EMC 디자인
마스터 및 슬레이브 회로 기판의 설계는 시스템의 EMC에 매우 중요하며, 전자파를 방출하고 수신하는 회로 기판의 기능은 대개 일관됩니다. 따라서 간섭에 대한 회로 기판의 내성을 향상시키면 전자파 방출도 억제됩니다. PCB EMC 설계의 주요 요소는 다음과 같습니다.
구성 요소 선택 및 레이아웃
EMC 성능이 좋은 구성요소를 선택하고 가능하면 표면 실장 패키징에 우선순위를 두세요. 부품 간의 리드 길이를 최소화하려면 관련 부품을 가능한 한 가깝게 배치하여 부품을 논리적으로 배열하십시오. 특히 마이크로컨트롤러와 CAN 컨트롤러의 클록 소스 역할을 하는 수정 발진기는 사양에 따라 배치해야 합니다. 그렇지 않으면 진동에 실패합니다.
접지 임피던스를 줄이기 위한 적절한 접지 레이아웃
접지 전위는 모든 신호의 기준 전위 역할을 합니다. 이상적으로는 PCB의 모든 접지 지점이 동일한 전위에 있어야 합니다. 그러나 접지 임피던스로 인해 접지점 사이에 전위차가 존재합니다. 따라서 접지 임피던스를 최대한 최소화해야 합니다. 가장 효과적인 방법은 중앙에 전용 접지면이 있는 다층 기판을 사용하는 것입니다.
전원 공급 장치 안정화
로직 게이트 출력 상태 전환 중 과도 효과 및 전력선 임피던스의 존재와 같은 비이상적인 조건은 필연적으로 전원 공급 장치 라인에 잡음을 도입합니다. 이 노이즈는 회로의 비정상적인 작동을 유발할 뿐만 아니라 상당한 전자기 방사를 발생시킵니다. 전력선 메시를 사용하여 전력선의 인덕턴스와 임피던스를 줄이는 것 외에도 저장 커패시터를 사용할 수도 있습니다.
2. 전자파 방사 및 전자파 차폐
전자기 차폐는 전자기 호환성 문제를 해결하는 주요 방법 중 하나입니다. 회로의 정상적인 작동을 방해하지 않으며 회로 수정이 필요하지 않습니다. 차폐 효과는 반사 손실과 흡수 손실이라는 두 가지 구성 요소로 구성된 차폐 성능으로 측정됩니다. 실드의 전기적 연속성을 유지하는 것은 실드의 효율성에 매우 중요합니다. CAN 버스 케이블은 간섭 방사 및 수신에 매우 취약합니다.
연선-케이블의 두 와이어 사이의 루프 영역은 매우 작으며 인접한 두 루프에 유도된 전류는 반대 방향이므로 서로 상쇄됩니다. 연선-쌍 케이블의 꼬임이 촘촘할수록 이 효과는 더욱 두드러집니다. 네트워크 시스템의 두 CAN 버스 간의 누화를 줄이려면 연선-쌍 케이블의 각 쌍을 별도로 차폐해야 하며 케이블에서 사용하지 않는 도체를 신호 접지에 연결해야 합니다.
비틀림 밀도를 높이십시오. 쉴드를 접지하다
3. 전도 간섭 및 신호 분리
정상적인 시스템 작동 중에 심각한 전도성 간섭을 생성하는 구성 요소에는 스위칭 전원 공급 장치, 서보 드라이브 및 I/O 제어 장치가 포함됩니다. 그러나 가장 해로운 간섭 유형은 일시적 간섭으로, 이는 짧은 지속 시간, 높은 진폭 및 낮은 전력을 특징으로 합니다.
일시적인 간섭의 형태는 다음과 같습니다: 모터 상태가 변할 때 생성되는 빠른 전기 펄스 그룹; 번개 또는 케이블의 고전력 스위칭으로 인한 서지- 및 정전기 방전(ESD) 유도. 전도 간섭은 주로 공통-모드이지만 일부 차동-모드 간섭도 발생합니다. CAN 버스 통신의 신뢰성을 보장하기 위해 시스템에서 사용되는 EMC 측정에는 신호 보호기, TVS(과도 전압 억제기) 다이오드, 절연 트랜시버 및 광학 절연이 포함됩니다.
신호 보호기
외부 전용 신호 보호기는 간섭을 제거합니다. 예를 들어 ZF-12Y2는 간섭을 흡수하고 CANFDbridge는 절연체 역할을 합니다.
신호 보호기 및 CANFDBridge 절연
과도 전압 억제기(TVS)
과도 전압 억제기는 신호 라인과 신호 접지 사이에 병렬로 연결되어 낙뢰나 정전기 방전으로 인한 고{0}전압 서지로부터 케이블을 보호합니다. TVS의 전압이 특정 임계값을 초과하면 장치가 빠르게 전도되어 서지 에너지를 소멸시키고 전압 진폭을 특정 범위로 제한합니다.
절연된 트랜시버
절연은 전도성 간섭을 해결하기 위한 이상적인 솔루션으로 탁월한 전기 절연성과 간섭 내성을 제공합니다. 절연된 트랜시버를 선택할 때 전송 지연은 전송 거리와 버스 품질에 모두 영향을 미치기 때문에 가장 먼저 고려해야 합니다. 인터페이스 트랜시버 회로를 설계하려면 자기적으로 절연된 CTM5MFD를 사용하는 것이 좋습니다.
광학적 분리
광학 절연은 우수한 전기 절연 및 간섭 내성을 제공하므로 전도성 간섭 문제를 해결하는 데 이상적인 솔루션입니다. 광커플러를 선택할 때 전파 지연과 공통{1}}모드 거부(CMR)라는 두 가지 매개변수를 고려해야 합니다. 전파 지연이 데이터 통신 전송 속도 요구 사항을 충족한다면 가능하면 공통{3}}모드 거부율이 높은 모델을 선택해야 합니다. 광커플러의 공통{5}}모드 거부 기능을 측정하는 방법은 출력이 높은(낮은) 상태에서 견딜 수 있는 최대 공통{6}}모드 전압 상승(하강) 속도(CMH/CML)입니다. 광학 절연을 구현한 후에는 전원 공급 장치 절연도 사용해야 합니다.
요약
다양한 간섭원으로부터 발생하는 방사선은 복잡하며 전자기 간섭을 완전히 제거하는 것은 불가능한 작업입니다. 그러나 전자기 호환성의 기본 원칙을 기반으로 전자기 간섭을 최소화하고 이를 시스템의 허용 한계 내로 유지하여 시스템 또는 장비의 안정적인 작동을 보장하는 조치를 취할 수 있습니다. 위에서 설명한 개선 조치는 CAN FD 장치의 전자기 호환성 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.