CAN总线通讯的电磁兼容系统干扰源的解决措施

4 电磁辐射和电磁屏蔽

电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一，而且不影响电路的正常工作，因此不需要修改电路。屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量，包括反射损耗和吸收损耗两部分。保持屏蔽体的导电连续性是电磁屏蔽效能的关键。

CANsmc系统中，CAN总线电缆具有很强的干扰辐射和干扰接收能力。电场在电缆中感应出共模电压，而磁场在电缆中既可以感应出共模电压，也可以感应出差模电压。通过屏蔽可以将电磁场的感应干扰降低到最小，而使用双绞线则进一步抑制了磁场感应的差模电压。双绞线的两根线之间具有很小的回路面积，而且双绞线的每两个相邻回路上感应出的电流具有相反的方向，相互抵消。双绞线的绞节越密，则效果越明显，如图3所示。为了减小CANsmc中两路CAN总线之间的串扰，应该将两组双绞线分别屏蔽，电缆中不使用的导线接到信号地根据电磁屏蔽的原理可知，接地与屏蔽效能关系并不大，但是为了降低静电放电干扰，整个屏蔽体需要和大地相连。因此屏蔽层应使用连接器护套与主从站屏蔽机箱连接在一起，避免使用屏蔽层捻成小辫的形式。

5 传导干扰和信号滤波与隔离

CANsmc系统正常工作时，产生较大传导性干扰的环节有：开关电源、伺服驱动器、I/O控制设备等。而危害更大的干扰则是瞬态干扰，它的特点是时间短、幅值大、功率小。瞬态干扰的形式有：电机状态改变时产生的电快速脉冲群干扰、雷电或大功率开关在电缆上产生的浪涌、静电放电感应等。传导干扰以共模形式居多，也有部分为差模干扰。　CAN总线电缆是传导干扰传播的一个重要途径，在系统中为保证CAN总线通讯的可靠性而使用的EMC措施有：LC滤波器、瞬态抑制二极管TVS(Transient Voltage Suppressor)、光电隔离等。

(1) LC滤波器

在电路板的电缆入口处安装LC滤波器可以滤除CAN总线电缆中传导的各种高频干扰信号。LC滤波器的电容并联在CAN通讯信号线和信号地线之间，滤除高频差模干扰的电容，也称为旁路电容。电感串联在信号线上，扼制共模干扰电流。使用共模扼流圈则可以避免电感在流过较大电流时发生饱和，导致电感量下降。所有的信号线都要安装滤波器，否则整体性能会大大下降。

LC滤波器中电感量和电容量的选择对滤波器的效果影响很大，如果电容量和电感量选择过小，则效果不明显，如果选择过大，会使工频信号衰减，引起信号失真。在应用中，CAN总线最高波特率为1Mbps，所以电容器的电容值选用1000pF，电感选用10μH的铁氧体磁珠。

(2) 瞬态抑制二极管TVS

瞬态抑制二极管并联在信号线和信号地线之间，用来保护电缆受到雷击或静电放电时产生的浪涌高压。当TVS上的电压超过一定的幅度时，器件迅速导通，从而将浪涌能量泄放掉，并将电压的幅度限制在一定的范围内。图4中，每个信号线都使用了两个TVS管BZX84C33进行双向保护，它的额定工作电压为33V。

(3) 光电隔离

光电隔离是解决传导干扰问题的理想方法，它具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。选择光耦合器件时需要考虑两个参数：传输延时(Propagation Delay)和共模抑制CMR(Common Mode Rejection)，在传输延时满足数据通讯波特率的情况下尽量选择共模抑制能力高的型号。衡量光电耦合器共模抑制能力的方法为：输出保持高(低)时可承受的最大共模电压上升(下降)率CMH(CML)。

表1给出了安捷伦公司的三种光耦芯片的传输延时和CMR参数，三种器件的传输延时都小于100μs，可以满足CAN总线通讯最高1M波特率的要求。本系统中选用了实际最常用的6N137。使用光电隔离后，也必须使用电源隔离，系统选用了NME0505TM直流电源隔离器。

6 电快速脉冲群实验

最后，通过试验测试了系统的抗瞬态干扰能力，试验过程符合GB/T 17626.4-1998：电快速瞬变脉冲群抗扰度试验，本标准相当于国际标准IEC61000-4-4:1995。试验由和利时公司完成。

试验方法是用快速瞬变脉冲群发生器产生干扰脉冲群，通过电容耦合夹将脉冲群干扰耦合到CAN总线通讯电缆，然后观察主从站的工作情况，并接入基于PC机的监听站，将监测到的报文数据写入文本文件，然后分析数据的正确性。试验中使用NS61000-4K 脉冲群发生器，输出电压为0~4000V±10%，脉冲频率为2.5kHz、5kHz、100kHz±10%，脉冲串长度为15ms±20%。试验条件是用10米的总线长度接入五个从站，持续180秒加不同幅值的2.5kHz脉冲串干扰。