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。1 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
2 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。
2.1 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。
2.2 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。
3 CAN数据总线系统EMC的测试装置
3.1 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CAN信息，并经CAN－H发送到收发器2，收发器2再将信息经BAN1从测试板输出。测试仪器通过射频耦合网络与CAN－H连接。
在抗扰性测试中，射频信号发生器或功率放大装置与耦合节点相连，在这个节点上测量抗扰电平。而在辐射测试中，测试接收装置或频谱分析仪代替射频信号发生装置连接到耦合节点上。
图3 单线CAN总线测试装置原理图
3.2 耦合网络和电阻分压器是进行精确测量的关键
CAN－H的直流负载为R2和R6，电阻约为1 kΩ，射频耦合网络中的R1、C1和R3构成CAN－H的交流负载，这些元件值的选取应接近典型总线负载的值。其中R2和R6还构成电阻分压器，得到辅助的射频输出端(RF－OUT)。R6的选取应使RF－OUT点的输出阻抗为50 Ω，它与输入阻抗50 Ω的测试仪器连接，衰减约为32 dB。设置辅助输出端的目的：①测量从耦合节点到CAN－H线的传递函数；②测量时域范围内CAN－H的电压。
3.2.1 抗扰性评价对射频耦合网络的要求
耦合网络组成的要素是R1和C1，R1的选取应使CAN－H到搭铁的耦合阻抗与IEC 61967－4规定的阻抗150×(1±0.2)Ω相匹配，同时C1的选取应使耦合网络的等效阻抗接近于单线CAN网络的典型负载。C1还决定了射频耦合网络在低频范围内的转折频率f：
评论