Teknologi CAN bus kini semakin meluas. Namun, karena interferensi elektromagnetik yang parah di berbagai bidang seperti peralatan industri dan otomasi industri, memastikan komunikasi bus CAN yang normal sangatlah penting. Artikel ini akan menganalisis penyebab interferensi elektromagnetik pada jaringan bus yang menggunakan transceiver CAN FD berkecepatan tinggi, serta solusi spesifik untuk perbaikan.
Analisis Kompatibilitas Elektromagnetik di Jaringan CAN FD
Dalam desain produk elektronik, kinerja kompatibilitas elektromagnetik (EMC) mempunyai dampak signifikan pada sistem dan sangat penting untuk pengoperasian normal dan stabil. Pembatasan wajib terhadap kompatibilitas elektromagnetik produk elektronik telah diterapkan di seluruh dunia, dan kinerja EMC telah menjadi indikator utama kualitas produk.
Kompatibilitas elektromagnetik terutama mencakup dua aspek: satu adalah interferensi elektromagnetik merugikan yang dihasilkan oleh produk itu sendiri, yang dikenal sebagai emisi interferensi elektromagnetik (EMI); yang lainnya adalah sensitivitas produk terhadap sinyal elektromagnetik eksternal, yang dikenal sebagai kerentanan elektromagnetik (EMS). Sumber interferensi, jalur kopling, dan peralatan sensitif adalah tiga elemen penting dari kompatibilitas elektromagnetik, dan tidak ada yang dapat diabaikan.
Sinyal interferensi elektromagnetik dapat digabungkan melalui dua jalur: konduksi dan radiasi. Bergantung pada mekanisme penggandengannya, interferensi diklasifikasikan menjadi interferensi-mode umum dan interferensi mode-diferensial. Interferensi mode-umum terjadi antara semua jalur sinyal (termasuk jalur sinyal, jalur data, dan saluran listrik) dan ground, sedangkan interferensi mode-diferensial terjadi antar jalur sinyal.
Langkah-langkah untuk meningkatkan kompatibilitas elektromagnetik (EMC) terbagi dalam tiga kategori: meningkatkan kinerja EMC peralatan elektronik itu sendiri, menggunakan teknologi pelindung untuk menekan kopling terpancar, dan menggunakan isolasi untuk menekan kopling konduksi.
1. Desain EMC
Desain papan sirkuit master dan slave sangat penting untuk sistem EMC, dan kemampuan papan sirkuit untuk memancarkan dan menerima radiasi elektromagnetik seringkali konsisten. Oleh karena itu, meningkatkan kekebalan papan sirkuit terhadap interferensi juga menekan emisi elektromagnetiknya. Faktor kunci dalam desain PCB EMC meliputi:
Pemilihan dan Tata Letak Komponen
Pilih komponen dengan kinerja EMC yang baik dan prioritaskan-kemasan pemasangan di permukaan bila memungkinkan. Susun komponen secara logis, letakkan komponen terkait sedekat mungkin untuk meminimalkan panjang kabel antar bagian. Secara khusus, osilator kristal yang berfungsi sebagai sumber jam untuk mikrokontroler dan pengontrol CAN harus ditempatkan sesuai spesifikasi; jika tidak, mereka akan gagal berosilasi.
Tata Letak Tanah yang Tepat untuk Mengurangi Impedansi Tanah
Potensi tanah berfungsi sebagai potensi referensi untuk semua sinyal. Idealnya, semua titik dasar pada PCB harus memiliki potensi yang sama; namun, karena impedansi ground, terdapat perbedaan potensial antar titik ground. Oleh karena itu, impedansi tanah harus diminimalkan semaksimal mungkin. Metode yang paling efektif adalah dengan menggunakan papan multilayer dengan ground plane khusus di tengahnya.
Menstabilkan Catu Daya
Kondisi yang tidak ideal, seperti efek transien selama transisi status keluaran gerbang logika dan adanya impedansi saluran listrik, pasti menimbulkan gangguan pada saluran catu daya. Kebisingan ini tidak hanya menyebabkan pengoperasian sirkuit tidak normal tetapi juga menghasilkan radiasi elektromagnetik yang signifikan. Selain menggunakan jaring saluran listrik untuk mengurangi induktansi dan impedansi saluran listrik, kapasitor penyimpanan juga dapat digunakan.
2. Radiasi Elektromagnetik dan Pelindung Elektromagnetik
Pelindung elektromagnetik adalah salah satu metode utama untuk mengatasi masalah kompatibilitas elektromagnetik. Itu tidak mengganggu pengoperasian normal sirkuit dan tidak memerlukan modifikasi sirkuit. Efektivitas suatu perisai diukur dari kinerja perisainya, yang terdiri dari dua komponen: kehilangan refleksi dan kehilangan penyerapan. Menjaga kontinuitas listrik pada pelindung sangat penting untuk efektivitasnya. Kabel bus CAN sangat rentan terhadap radiasi dan penerimaan interferensi.
Area loop antara dua kabel dalam kabel-pasangan terpilin sangat kecil, dan arus yang diinduksi dalam dua loop yang berdekatan berada dalam arah yang berlawanan, sehingga saling meniadakan. Semakin erat lilitan kabel-pasangan terpilin, efek ini akan semakin terasa. Untuk mengurangi crosstalk antara dua bus CAN dalam sistem jaringan, setiap pasang kabel-pasangan terpilin harus dilindungi secara terpisah, dan setiap konduktor yang tidak digunakan dalam kabel harus dihubungkan ke ground sinyal.
Tingkatkan kepadatan puntiran; membumikan perisai
3. Melakukan Interferensi dan Isolasi Sinyal
Selama pengoperasian sistem normal, komponen yang menghasilkan interferensi konduksi yang signifikan mencakup peralihan catu daya, penggerak servo, dan perangkat kontrol I/O. Namun, jenis interferensi yang paling berbahaya adalah interferensi transien, yang ditandai dengan durasi pendek, amplitudo tinggi, dan daya rendah.
Bentuk-bentuk interferensi transien meliputi: kelompok pulsa listrik cepat yang dihasilkan ketika keadaan motor berubah; lonjakan arus yang disebabkan oleh petir atau-pengalihan kabel dengan daya tinggi; dan induksi pelepasan muatan listrik statis (ESD). Interferensi yang dilakukan sebagian besar merupakan mode-umum, meskipun beberapa interferensi mode-diferensial juga terjadi. Tindakan EMC yang digunakan dalam sistem untuk memastikan keandalan komunikasi bus CAN meliputi: pelindung sinyal, dioda penekan tegangan transien (TVS), transceiver terisolasi, dan isolasi optik.
Pelindung Sinyal
Pelindung sinyal khusus eksternal menghilangkan interferensi; misalnya, ZF-12Y2 menyerap interferensi, dan CANFDbridge bertindak sebagai isolator.
Pelindung Sinyal dan Isolasi CANFDBridge
Penekan Tegangan Transien (TVS)
Penekan tegangan transien dihubungkan secara paralel antara saluran sinyal dan ground sinyal untuk melindungi kabel dari-lonjakan tegangan tinggi yang disebabkan oleh sambaran petir atau pelepasan muatan listrik statis. Ketika tegangan pada TVS melebihi ambang batas tertentu, perangkat akan bekerja dengan cepat, sehingga menghilangkan energi lonjakan dan membatasi amplitudo tegangan pada rentang tertentu.
Transceiver Terisolasi
Isolasi adalah solusi ideal untuk mengatasi interferensi yang terjadi, menawarkan isolasi listrik yang sangat baik dan kekebalan interferensi. Ketika memilih transceiver terisolasi, penundaan transmisi harus menjadi pertimbangan utama, karena mempengaruhi jarak transmisi dan kualitas bus. Disarankan untuk menggunakan CTM5MFD yang diisolasi secara magnetis untuk merancang rangkaian transceiver antarmuka.
Isolasi Optik
Isolasi optik adalah solusi ideal untuk mengatasi masalah interferensi yang terjadi, karena menawarkan insulasi listrik dan kekebalan interferensi yang sangat baik. Saat memilih pengkopling-optik, ada dua parameter yang harus dipertimbangkan: penundaan propagasi dan penolakan mode umum (CMR). Asalkan penundaan propagasi memenuhi persyaratan baud rate komunikasi data, model dengan penolakan mode umum-yang tinggi harus dipilih bila memungkinkan. Metode untuk mengukur kemampuan-penolakan mode umum optokopler adalah laju kenaikan (penurunan) tegangan mode umum-maksimum (CMH/CML) yang dapat ditahan keluaran namun tetap tinggi (rendah). Setelah menerapkan isolasi optik, isolasi catu daya juga harus digunakan.
Ringkasan
Radiasi dari berbagai sumber interferensi sangatlah kompleks, dan menghilangkan interferensi elektromagnetik sepenuhnya adalah tugas yang mustahil. Namun, berdasarkan prinsip dasar kompatibilitas elektromagnetik, tindakan dapat diambil untuk meminimalkan interferensi elektromagnetik dan menjaganya dalam batas yang dapat ditoleransi sistem, sehingga menjamin pengoperasian sistem atau peralatan yang andal. Langkah-langkah perbaikan yang diuraikan di atas dapat secara efektif meningkatkan kinerja kompatibilitas elektromagnetik perangkat CAN FD.