利用电荷泵为高速CAN收发器供电

　　电磁兼容(EMC)是CAN通信网络的一个设计挑战，特别是当采用开关型稳压器供电时。CAN系统的网络配线是一个关键问题，由于CAN收发器的CAN_H和CAN_L引脚是连接整个汽车总线网络的接口。设计时如果不谨慎，可能从CAN电源产生较大干扰，干扰信号通过收发器，经过总线最终进入其它ECU，或进入邻近的线缆。这种干扰将造成通信故障或系统其它控制单元之间的传输故障。

　　基于这一考虑，我们测试了采用MAX1759电荷泵供电的MAX13041的EMC特性，并与采用经过滤波的5V电源供电的收发器的EMC特性进行比较。由此，我们可以看到电荷泵的EMC干扰和电荷泵对CAN总线传输电源干扰的抑制能力。在本测试中，我们主要考虑两个方面：电磁抗扰(EMI)和电磁辐射(EME)。

　　4. 电磁抗扰测试(EMI)

　　ISO 11452规范规定了几种抗RF干扰的测试方法，包括大电流注入(BCI)、横向电磁波室(TEM-cell)、带状线以及直接电源注入(DPI)。

　　由于DPI方法具有较好的可重复性(采用精心设计的测试板)，并且测试工作量不大，因此我们选用了该方法。DPI测试原理非常简单：向总线电缆注入特定的经过调制或未经调制的交流电压，通过收发器的RXD引脚检测传输数据的信号完整性。这种方法还便于比较不同厂商的设计，可以在独立的实验室测试CAN收发器(如IBEE)。

　　5. 测试装置

　　测试装置(图4)包括三个焊接在PCB上的相同收发器，其中一个收发器由MAX1759电荷泵供电，节点1作为发送器，用于仿真CAN数据的比特流模板，数据由所有收发器接收并在RxD端口进行监测。对于Rx1至Rx3输出以及TxD1输入的RF去耦，采用1k?电阻。每个收发器IC的VCC和VBAT电源端口采用陶瓷电容(C = 100nF)缓冲。唤醒引脚的电阻为33k?。将EN引脚和/STB引脚置于高电平，使器件处于正常工作模式。节点1的VCC电压由MAX1759电荷泵产生，电荷泵由3.3V供电。3.3V电源还用作节点1收发器的VI/O电压。

　　电荷泵输出电容C1为10μF，飞电容C2为330nF，IN输入引脚采用10μF电容去耦。测试电路中，总线端接采用60? R4电阻进行中心端接。对称的RF耦合/去耦采用RC并联网络，由R5/R6=120?、C3/C4=4.7nF组成。外部3.3V、5V、12V电源由标准电源提供，通过滤波网络进行滤波。

　　6. 测试步骤

　　对正常工作模式下的CAN收发器MAX13041进行测试，在第一轮测试中，所有收发器采用标准VCC = 5V电源供电;第二轮测试中，其中一个收发器由电荷泵供电(图4)。模板发生器产生占空比为50%的500kbps方波，仿真节点1的TXD引脚的CAN信号(交替的0-1-0数据)。RF输入HF发生器(HF1)对CAN总线注入一个固定频率的调幅(AM)交流电压，功率为36dBm，用于模拟干扰信号。

　　为评估抑制特性，在馈入TXD的干扰信号的影响下，用示波器比较网络中三个收发器的Rx信号。根据所允许的±0.9V最大电压偏差和±0.2μs最大时间偏差确定屏蔽值，覆盖整个TXD信号波形。

　　如果达到失效条件(例如，如果一个收发器的RXD信号超出了所确定的屏蔽窗口)，将所注入的RF功率降至0.2dBm，并按照特定的频率步长重复相同测试，直到解除失效状态。然后，记录当前的功率值并调整到下一频率步长。测试频率范围覆盖10MHz至100MHz。

　　7. DPI测试结果

　　图5所示为标准5V电源作用在VCC为MAX13041供电时的测试结果(蓝色)，以及由电荷泵为MAX13041供电时的测试结果(粉色)。X轴表示频率范围，Y轴表示没有发生失效的情况下作允许的最大注入功率。

　　蓝线和粉线几乎相同，表明该电路的EMI特性主要取决于CAN收发器本身的EMI敏感度，而非电荷泵的EMI敏感度。因此，当电路受到任何EMI干扰时，为MAX13041 CAN收发器供电的MAX1759电荷泵不会明显影响电路性能。

　　8. 辐射测试(EME)

　　辐射测试在同一个电路板进行，除了将功率注入电路(HF发生器)替换为频谱分析仪外，测试装置与DPI测试相同。测试也是在CAN收发器正常工作模式下进行。第一轮测试在所有收发器采用标准VCC = 5V电源供电条件下进行;第二轮测试在一个CAN节点由电荷泵供电的条件下进行。在CAN TXD输入作用一个方波信号(仿真500kbps的传输比特流)，CAN总线的辐射由频谱分析仪在100kHz至1GHz频率范围内进行测量和记录，无需示波器(图4)。

　　9. 辐射测试结果

　　图6给出了标准5V电源作用在VCC为MAX13041供电的测试结果(蓝色)，以及电荷泵供电条件下的MAX13041测试结果(粉色)。X轴表示频率范围，Y轴表示干扰信号电平。

　　与采用标准5V供电的MAX13041 (蓝色)相比，蓝线峰值和粉线峰值(其中一个收发器由电荷泵供电)几乎相同。表明电路的辐射特性主要取决于CAN收发器的辐射兼容性，而非电荷泵。测试结果表明，采用电荷泵为CAN收发器供电并没有明显影响系统整体的EMC特性。如果选择其他半导体厂家的收发器或电荷泵，最好对所选器件进行类似测试，因为每个供应商的产品性能有所不同。

　　本文小结

　　在CAN应用中，实现电磁兼容目标是极具挑战性的设计问题，特别是当收发器由开关稳压器(电荷泵)供电时。但是，本文推荐的电荷泵不会对电路的EMC特性产生明显影响。对于要求以低成本实现低功耗、低电压工作的应用，系统设计人员在没有现成的5V电源的情况下，可以采用电荷泵给CAN收发器供电。