數據線(xiàn)扼流圈改善電磁兼容

近年來(lái)，汽車(chē)內的電子設備比例在顯著(zhù)增長(cháng)。這一趨勢的發(fā)展使更多功能加入進(jìn)來(lái)，用以提高汽車(chē)的安全性、效率、可靠性和便利性，并降低排放。與此相對應的便是針對總線(xiàn)系統提出的日益增加的要求：確保在最多樣化的控制單元之間實(shí)施可靠通信。特別是經(jīng)由總線(xiàn)系統如控制器局域網(wǎng)(CAN)或FlexRay系統控制的對安全性至關(guān)重要的應用，必須滿(mǎn)足最高的電磁兼容性規格。數據線(xiàn)中的共模扼流圈(CMC)可加強對由電磁兼容性問(wèn)題所導致的故障的防護。
　　
當代機動(dòng)車(chē)輛控制功能的復雜性在于三點(diǎn)：更快的數據速率、確定時(shí)延性能以及故障容錯功能。以成本考量為主的功能或多媒體功能由LIN(局域互連網(wǎng))或MOST(媒體導向系統傳輸)總線(xiàn)進(jìn)行連接，而CAN或FlexRay總線(xiàn)系統則用于對安全至關(guān)重要的功能，比如引擎控制、ABS系統以及氣囊等。CAN和FlexRay采用雙絞線(xiàn)，具確定時(shí)延性，可實(shí)現快速數據速率(CAN總線(xiàn)：1Mbit/s；FlexRay總線(xiàn)：10Mbit/s)。這兩種總線(xiàn)系統的物理層和數據傳送協(xié)議均已經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可確保高度可靠性。不過(guò)，鑒于現代車(chē)輛逐漸增加的復雜性，單獨憑借上述措施并不能徹底防止電磁兼容性問(wèn)題導致的故障。
　　
數據線(xiàn)扼流圈幾乎存在于所有現代汽車(chē)中。沒(méi)有數據線(xiàn)扼流圈，就無(wú)法確保汽車(chē)電子設備的電磁兼容性和無(wú)故障運轉。愛(ài)普科斯現可供應能夠滿(mǎn)足汽車(chē)具體要求的、具有不同封裝尺寸和版本的各種型號產(chǎn)品。B82789系列扼流圈專(zhuān)用于功能強大的汽車(chē)總線(xiàn)系統，比如CAN或FlexRay。當上述扼流圈應用到數據線(xiàn)上時(shí)，就能抑制耦合干擾并防止數據總線(xiàn)發(fā)出干擾。該系列產(chǎn)品的工作電壓為42VAC或80VDC，扼流圈的額定電感介于11至100mH之間，額定電流介于150~300mA之間。


圖1電磁兼容性測量(于測試板上實(shí)施)，這一測試結構用于電磁干擾測量與總線(xiàn)扼流圈效果的測定
　　
總線(xiàn)扼流圈
　　
汽車(chē)總線(xiàn)系統必須符合高級電磁兼容性要求：針對瞬變、靜電放電(ESD)及電磁干擾(EMI)的抗擾度。但是，總線(xiàn)系統不能干擾其它電子元件，也就是說(shuō)，必須最小化干擾輻射。不過(guò)，隨著(zhù)車(chē)輛內部電子設備比例的增加，無(wú)法在所有條件下預先測試電磁兼容性，這就存在出故障乃至控制裝置受損的風(fēng)險。愛(ài)普科斯數據線(xiàn)扼流圈促進(jìn)了上述問(wèn)題的解決。
　　
通常，必須要區別差模和共模干擾。差模干擾與數據信號重合，而共模干擾則是對地的，它源于不平衡性和寄生效應。為最小化共模干擾，必須特別注意總線(xiàn)信號線(xiàn)的布線(xiàn)、終端濾波器、連接器、以及電路板本身。穿通接頭或連接接頭的寄生電容和電感，以及總線(xiàn)信號引線(xiàn)在電路板上的布局都可能會(huì )引起不對稱(chēng)性，并產(chǎn)生共模干擾。
　　
常用于測L定射頻影響電磁兼容性的方法是Te直接射頻功率注入(DPI)法：將來(lái)自信號發(fā)生器的信號(最高可達36dBm)耦合到總線(xiàn)引線(xiàn)中，并觀(guān)察信號輸出。如果發(fā)生故障，就記錄接入信號的信號電平。針對有關(guān)范圍內的每一個(gè)對應頻率逐步重復這一流程。一個(gè)特定的總線(xiàn)結構的射頻干擾輻射是通過(guò)測試接收機決定的，用它來(lái)測量總線(xiàn)及所有輸入輸出處的共模電壓。
　　
在采用和未采用愛(ài)普科斯扼流圈的情況下，我們采用DPI方法分別在測試板上進(jìn)行射頻抗擾性和干擾輻射測量。從圖2和圖3中可以看出CAN總線(xiàn)相應結果。顯然，B82789共模扼流圈的使用大大改善了射頻抗擾性。同時(shí)，扼流圈在數據線(xiàn)中的使用也大大減少了干擾輻射。



數據線(xiàn)扼流圈可以顯著(zhù)提高CAN總線(xiàn)系統的可靠性。這就是為什么歐洲汽車(chē)制造商要求使用數據線(xiàn)扼流圈的原因。盡管較高電感的扼流圈會(huì )由于較高的衰減產(chǎn)生較好的電磁兼容性，但要選擇最合適的扼流圈，就必須還要考慮雜散電感、信號完整性、接地漂移以及引線(xiàn)的堅固性等因素。愛(ài)普科斯B82789系列的電感范圍為11到100mH。
　　
FlexRay電磁兼容性與電磁干擾
　　
FlexRay是一個(gè)串行的、具確定時(shí)延和故障容錯的總線(xiàn)系統。FlexRay由FlexRay聯(lián)盟(FlexRayConsortium)定義。FlexRay聯(lián)盟于2000由寶馬公司(BMW)、摩托羅拉(現在是飛思卡爾，Freescale)和菲利普(現在是恩智浦，NXP)、博世(Bosch)、通用汽車(chē)、大眾汽車(chē)公司創(chuàng )建，其它公司后來(lái)加入。FlexRay的設計旨在滿(mǎn)足未來(lái)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的更高要求，特別是快速數據速率、實(shí)時(shí)響應能力以及故障容錯性能。不過(guò)，目前的焦點(diǎn)是更快的數據速率。
　　
物理層應用指南明確指出了對FlexRay網(wǎng)絡(luò )數據線(xiàn)扼流圈的總體要求，比如引線(xiàn)電阻(1W)、電感(>50mH)以及雜散電感(1mH)。對電磁輻射和電磁干擾的測定與CAN總線(xiàn)一樣。不過(guò)，由于10Mbit／s的更高傳輸率，需要更加仔細地檢查信號完整性。圖4所示為對具有各種電感的扼流圈與不使用扼流圈的測試板進(jìn)行DPI測定的相應評估結果。圖五所示為使用另一塊測試板進(jìn)行電磁干擾測量的結果，同樣是針對具有不同電感的扼流圈。很明顯可以發(fā)現，數據線(xiàn)扼流圈的使用改善了電磁兼容性并減少了干擾輻射。當電感更高時(shí)，作用就更大。不過(guò)，更高的電感值會(huì )對信號完整性產(chǎn)生一定的負面影響。




眼圖適于研究FlexRay的信號完整性。如果數據信號的曲線(xiàn)在陰影范圍外，數據傳輸即可得以保障。這些要求可以通過(guò)使用電感為100mH的B82789C0104扼流圈來(lái)實(shí)現(見(jiàn)圖6)。鑒于這些電磁兼容性測量的結果及對數據信號的影響可忽略不計的事實(shí)(即信號完整性可得到保障)，愛(ài)普科斯B82789C0104N002(雙線(xiàn)繞組)扼流圈被選作FlexRay物理層合格測試的參考型號。

圖6信號測量，B82789C0104扼流圈的應用實(shí)現與FlexRay物理層規范一致的最佳信號完整性。該扼流圈隨后被選作合格測試的參考型號



模型程序庫為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供方便
　　
愛(ài)普科斯目前可以提供適當的模擬模型以提高采用新式扼流圈的設計的效率。為此，扼流圈在整個(gè)相關(guān)頻率范圍的電特性已定義并包括在相應的模型中。因為終端電容和電感以及連接的電阻都取決于用戶(hù)設計，所以并沒(méi)有包括在模型內?？蛻?hù)不必進(jìn)行費時(shí)的整體系統設計，就可評估扼流圈的功能。愛(ài)普科斯現可供應用于初次設計評估的簡(jiǎn)易模型，此類(lèi)模型能夠實(shí)現快速和精確的模擬。高級模型能夠提供更精確的模擬結果，不過(guò)需要較長(cháng)的模擬時(shí)間。

由愛(ài)普科斯生產(chǎn)的控制器局域網(wǎng)(CAN)總線(xiàn)扼流圈可防止汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )中出現的電磁兼容性(EMC)問(wèn)題，從而提高安全性。FlexRay聯(lián)盟已確認SIMDAD1812為合格測試用參考型號。