CAN数据总线系统EMC的评价方法

CAN(Controller Area Network)即控制器局域网络，属多路传输系统的一种，是德国Bosch公司20世纪80年代为汽车中应用越来越多的控制器而提出的一种网络概念，因其良好的性能价格比和可靠性，近年来得到广泛应用。CAN几乎成了汽车设计领域一种必须采用的技术手段。为保证整个网络系统安全、可靠运行，CAN数据总线系统必须具备良好的电磁兼容性(EMC)。实践证明，CAN数据总线系统的EMC很大程度上取决于CAN网络节点和线束的接口——集成收发器的性能。因此，评价CAN数据总线系统EMC的重点应集中于集成收发器。

CAN数据总线系统EMC的分析
CAN数据总线系统作为汽车的子系统，其电磁兼容性可以通过测试整车EMC间接地确定。标准ISO 11451和标准CISPR 25分别给出了整车抗扰性和辐射的测试方法。然而，整车测试不但费用昂贵，而且只能在开发的后期进行，如果因为某个元件或者集成电路导致测试失败，将造成巨大损失。

为避免损失，可通过测试元件或集成电路的EMC，预先评价CAN总线的EMC，这样不但能提前发现问题，而且非常经济。SAE和ISO/IEC已经制定了几种元件级的测试方法，为元件级EMC测试提供了通用的框架。为了具体评价CAN数据总线系统的EMC，需要首先分析其电磁兼容环境。

如图1所示，CAN数据总线系统由一系列的网络节点通过总线相互连接组成。总线可看作是接收和发射电磁能量的天线，充当能量耦合的环节，网络节点既是干扰源又是被扰对象。由此可知，影响CAN数据总线系统EMC的两个要素是线束的EMC耦合和网络节点的EMC。其中线束的EMC耦合因数与CAN数据总线系统EMC评价标准的制定有关，网络节点的EMC则是整个CAN数据总线系统EMC的直接度量标准。另外由网络结构可知，收发器是网络节点和线束的接口，因此收发器的EMC应是测试CAN数据总线系统EMC的关键，通过测试收发器的EMC可以有效地预评价CAN数据总线系统的EMC。

图1 CAN总线系统结构图

评价CAN数据总线系统EMC的基本标准
由于被测装置将在汽车上使用，所以测试方法应从现在的汽车EMC测试国际标准ISO 11451、CISPR25、ISO 11452中挑选。这些标准对应不同的测试装置和耦合方法，提供了一系列的测试方法。选择EMC测试方法的依据是在有限设备的支持下，测试中以反复地进行。为此，需要在被测电路和测试仪器之间提供一种已知的、易复现的耦合方式。对于评价收发器类型的集成电路，采用被测装置和测试仪器之间直接耦合的方法即可达到上述要求。国际标准ISO 11452－7提供了直接耦合的测试方法，可用于元件级抗扰性的测试。

a.抗扰性测试
图2为标准ISO 11452－7提供的测试连接图。图2中外围设备(如电源和数字信号)连接到被测装置，为被测装置提供必不可少的工作，连接线路配有滤清器，称为宽带模拟网(BAN)，它可以防止射频能量向外围设备的辐射。根据经验，滤波器在被测装置一边必须呈高阻态(输出阻抗应为几百Ω)。对于抗扰性评价，测试仪器既是发射能量的干扰源，又是测量抗扰性电平的测试仪器，此时射频能量通过射频耦合网络注入被测装置。

图2 ISO 11452-7的测试连接图
ISO 11452－7规定被测装置和BAN之间的最大距离为75 mm，为了在宽频率范围内提供确定的耦合，一般建议被测装置和BAN之间的距离越小越好。同时为方便测试能反复进行，最好采用PCB(Printed Circuit Board，即印刷电路板)作为测试装置。ISO 11452－7还规定射频耦合网络由隔直电容器和10 dB的衰减器串联组成，电容器的作用是抑制直流分量，衰减器减小阻抗失配以保护功率放大器。

b.辐射测试
IEC 61967提供了多种集成电路级电磁辐射测试方法。与抗扰性测试相似，优先采用被测装置和测试仪器之间直接耦合的测试方法。IEC 61967－4对采用直接耦合测试辐射的方法有详细论述，其连接图与图2所示抗扰性测试连接图完本相同。与抗扰性测试类似，IEC 61967－4规定耦合网络由一个隔直电容器和一个电阻串联组成，工作在信号线的负载状态，对于串行口(收发器总线引脚)来说该负载的值很小，不会影响收发器的正常工作。

综上所述，采用图2所示的测试连接图作为后面进行CAN数据总线系统EMC评价的基础。下面介绍适用于不同网络(包括单线CAN、容错CAN和高速CAN)EMC评价的测试装置。

CAN数据总线系统EMC的测试装置
a.单线CAN的测试装置
单线CAN通过单根总线连接，一般应用于低速场合，典型传输速率33 kb/s，最多可连接32个节点。图3所示的测试PCB上安装了两个单线CAN收发器AU 5790，电源线BAN2(包含电源滤波电感器)滤波器F1和F2给收发器提供工作电压。收发器1接收经BAN1(包含1 kΩ的串联电阻)输入的