CAN數據總線(xiàn)系統EMC的評價(jià)方法

a.抗擾性測試
圖2為標準ISO 11452－7提供的測試連接圖。圖2中外圍設備(如電源和數字信號)連接到被測裝置，為被測裝置提供必不可少的工作，連接線(xiàn)路配有濾清器，稱(chēng)為寬帶模擬網(wǎng)(BAN)，它可以防止射頻能量向外圍設備的輻射。根據經(jīng)驗，濾波器在被測裝置一邊必須呈高阻態(tài)(輸出阻抗應為幾百Ω)。對于抗擾性評價(jià)，測試儀器既是發(fā)射能量的干擾源，又是測量抗擾性電平的測試儀器，此時(shí)射頻能量通過(guò)射頻耦合網(wǎng)絡(luò )注入被測裝置。

圖2 ISO 11452-7的測試連接圖
ISO 11452－7規定被測裝置和BAN之間的最大距離為75 mm，為了在寬頻率范圍內提供確定的耦合，一般建議被測裝置和BAN之間的距離越小越好。同時(shí)為方便測試能反復進(jìn)行，最好采用PCB(Printed Circuit Board，即印刷電路板)作為測試裝置。ISO 11452－7還規定射頻耦合網(wǎng)絡(luò )由隔直電容器和10 dB的衰減器串聯(lián)組成，電容器的作用是抑制直流分量，衰減器減小阻抗失配以保護功率放大器。

b.輻射測試
IEC 61967提供了多種集成電路級電磁輻射測試方法。與抗擾性測試相似，優(yōu)先采用被測裝置和測試儀器之間直接耦合的測試方法。IEC 61967－4對采用直接耦合測試輻射的方法有詳細論述，其連接圖與圖2所示抗擾性測試連接圖完本相同。與抗擾性測試類(lèi)似，IEC 61967－4規定耦合網(wǎng)絡(luò )由一個(gè)隔直電容器和一個(gè)電阻串聯(lián)組成，工作在信號線(xiàn)的負載狀態(tài)，對于串行口(收發(fā)器總線(xiàn)引腳)來(lái)說(shuō)該負載的值很小，不會(huì )影響收發(fā)器的正常工作。

綜上所述，采用圖2所示的測試連接圖作為后面進(jìn)行CAN數據總線(xiàn)系統EMC評價(jià)的基礎。下面介紹適用于不同網(wǎng)絡(luò )(包括單線(xiàn)CAN、容錯CAN和高速CAN)EMC評價(jià)的測試裝置。

CAN數據總線(xiàn)系統EMC的測試裝置
a.單線(xiàn)CAN的測試裝置
單線(xiàn)CAN通過(guò)單根總線(xiàn)連接，一般應用于低速場(chǎng)合，典型傳輸速率33 kb/s，最多可連接32個(gè)節點(diǎn)。圖3所示的測試PCB上安裝了兩個(gè)單線(xiàn)CAN收發(fā)器AU 5790，電源線(xiàn)BAN2(包含電源濾波電感器)濾波器F1和F2給收發(fā)器提供工作電壓。收發(fā)器1接收經(jīng)BAN1(包含1 kΩ的串聯(lián)電阻)輸入的CAN信息，并經(jīng)CAN－H發(fā)送到收發(fā)器2，收發(fā)器2再將信息經(jīng)BAN1從測試板輸出。測試儀器通過(guò)射頻耦合網(wǎng)絡(luò )與CAN－H連接。

在抗擾性測試中，射頻信號發(fā)生器或功率放大裝置與耦合節點(diǎn)相連，在這個(gè)節點(diǎn)上測量抗擾電平。而在輻射測試中，測試接收裝置或頻譜分析儀代替射頻信號發(fā)生裝置連接到耦合節點(diǎn)上。

圖3 單線(xiàn)CAN總線(xiàn)測試裝置原理圖

b.耦合網(wǎng)絡(luò )和電阻分壓器是進(jìn)行精確測量的關(guān)鍵
CAN－H的直流負載為R2和R6，電阻約為1 kΩ，射頻耦合網(wǎng)絡(luò )中的R1、C1和R3構成CAN－H的交流負載，這些元件值的選取應接近典型總線(xiàn)負載的值。其中R2和R6還構成電阻分壓器，得到輔助的射頻輸出端(RF－OUT)。R6的選取應使RF－OUT點(diǎn)的輸出阻抗為50 Ω，它與輸入阻抗50 Ω的測試儀器連接，衰減約為32 dB。設置輔助輸出端的目的：①測量從耦合節點(diǎn)到CAN－H線(xiàn)的傳遞函數；②測量時(shí)域范圍內CAN－H的電壓。

抗擾性評價(jià)對射頻耦合網(wǎng)絡(luò )的要求
耦合網(wǎng)絡(luò )組成的要素是R1和C1，R1的選取應使CAN－H到搭鐵的耦合阻抗與IEC 61967－4規定的阻抗150×(1±0.2)Ω相匹配，同時(shí)C1的選取應使耦合網(wǎng)絡(luò )的等效阻抗接近于單線(xiàn)CAN網(wǎng)絡(luò )的典型負載。C1還決定了射頻耦合網(wǎng)絡(luò )在低頻范圍內的轉折頻率f：
f=1/[2π(RS＋R1)C1]
=1/[2×π×145×4.7×10－9≈225 kHz (1)
該頻率比ISO 11452－7中規定的最低測試頻率250 kHz要低。

高頻范圍內的轉折頻率由測試PCB決定，主要應避免諧振的發(fā)生。為確定高頻轉折頻率，需要先測量或計算耦合網(wǎng)絡(luò )的傳遞函數，Philips半導體實(shí)驗室利用圖4所示的電路進(jìn)行了耦合網(wǎng)絡(luò )傳遞函數的測量和計算，圖4中CPCB為CAN－H到搭鐵的寄生電容，經(jīng)測量其值為7.5 pF，測量和計算的結果如圖5所示。將傳遞函數的計算結果與測量結果相比較，可以發(fā)現兩者非常吻合。并且由圖5可知，至少在500 MHz以?xún)?，測試電路不會(huì )受到諧振的影響。

圖4 計算耦合網(wǎng)絡(luò )傳遞函數的等效電路

圖5 耦合網(wǎng)絡(luò )傳遞函數的測量和計算結果

電磁輻射評價(jià)對射頻耦合網(wǎng)絡(luò )的要求
測量電磁輻射時(shí)，需要知道CAN－H到頻譜分析儀的傳遞函數。射頻耦合網(wǎng)絡(luò )和頻譜分析儀的輸入阻搞具有高通濾波的特性，轉折頻率與公式(1)的結果相同，通常衰減約為15 dB，因而把該值加到頻譜分析儀的讀數上，才能得到CAN－H線(xiàn)上電磁輻射的直正值。