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浅谈数据线扼流圈改善电磁兼容问题使汽车更加安全

2013-11-07 10:38
小鱼时代
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  近年来,汽车内的电子设备比例在显着增长,随之也产生了更多的功能,用以提高汽车的安全性、可靠性以及便利性。与此相对应的是针对总线系统的日益增长的要求:确保在最多样化的控制单元之间实施可靠通信,特别是经由总线系统如控制器局域网(CAN)或FlexRay系统控制对安全性至关重要的应用,它们必须满足最高的电磁兼容性规格。数据线中的共模扼流圈(CMC)可加强由电磁兼容性问题所导致的故障的防护。

  当代机动车辆控制功能的复杂性在于三点:更快的数据速率、确定时延性能以及故障容错功能。以成本考量为主的功能或多媒体功能由LIN(局域互连网)或MOST(媒体导向系统传输)总线进行连接,而CAN或FlexRay总线系统则用于对安全至关重要的应用,比如引擎控制、ABS系统以及气囊等。CAN和FlexRay采用双绞线,具备确定时延性,可实现快速数据速率(CAN总线:1Mbit/s;FlexRay总线:10Mbit/s)。这两种总线系统的物理层和数据传送协议均已经过优化,可确保高度可靠性。不过,鉴于现代车辆逐渐增加的复杂性,单凭上述措施并不能彻底防止电磁兼容性问题导致的故障。

  由爱普科斯生产的控制器局域网(CAN)总线扼流圈,可防止汽车网络中出现的电磁兼容性(EMC)问题,从而提高安全性。

  CAN总线电磁兼容性与电磁干扰

  汽车总线系统必须符合高级电磁兼容性的要求:针对瞬变、静电放电(ESD)及电磁干扰(EMI)的抗扰度,同时还不能干扰其它电子元件,也就是说,必须最小化干扰辐射。不过,随着车辆内部电子设备比例的增加,无法在所有条件下都预先测试电磁兼容性,这就存在出故障甚至控制装置受损的风险。

  解决这些问题通常必须区别差模和共模干扰。差模干扰与数据信号重合,而共模干扰则是对地的,它源于不平衡性和寄生效应。最小化共模干扰,必须特别注意总线信号线的布线、终端滤波器、连接器以及电路板本身。穿通接头或连接接头的寄生电容和电感,以及总线信号引线在电路板上的布局都可能会引起不对称性,并产生共模干扰。

  常用于测定射频影响电磁兼容性的方法是Te直接射频功率注入(DPI)法:将来自信号发生器的信号(最高可达36 dBm)耦合到总线引线中,并观察信号输出。如果发生故障,就记录接入信号的信号电平。针对有关范围内的每一个对应频率逐步重复这一流程。一个特定的总线结构的射扰辐射是通过测试接收机决定的,用它来测量总线及所有输入输出处的共模电压。图1所示测试结构用于电磁干扰测量与总线扼流圈效果的测定。

  在采用和未采用爱普科斯扼流圈的情况下,用DPI方法分别在测试板上进行射频抗扰性和干扰辐射测量。从图2和图3中可以看出CAN总线相应结果。显然,B82789共模扼流圈的使用大大改善了射频抗扰性。同时,扼流圈在数据线中的使用也大大减少了干扰辐射。

  数据线扼流圈可以显着提高CAN总线系统的可靠性。尽管较高电感的扼流圈会由于较高的衰减产生比较好的电磁兼容性,但要选择最合适的扼流圈,就还是要考虑杂散电感、信号完整性、接地漂移以及引线的坚固性等因素。

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