أصبحت تكنولوجيا الحافلات CAN واسعة الانتشار بشكل متزايد. ومع ذلك، نظرًا للتداخل الكهرومغناطيسي الشديد في مجالات مثل المعدات الصناعية والأتمتة الصناعية، فإن ضمان الاتصال العادي لحافلة CAN أمر مهم بشكل خاص. ستحلل هذه المقالة أسباب التداخل الكهرومغناطيسي في شبكات الناقلات التي تستخدم أجهزة إرسال واستقبال CAN FD عالية السرعة، بالإضافة إلى حلول محددة للتحسين.
تحليل التوافق الكهرومغناطيسي في شبكات CAN FD
في تصميم المنتجات الإلكترونية، يؤثر أداء التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) بشكل كبير على النظام وهو أمر بالغ الأهمية لتشغيله الطبيعي والمستقر. لقد تم بالفعل تطبيق القيود الإلزامية على التوافق الكهرومغناطيسي للمنتجات الإلكترونية في جميع أنحاء العالم، وأصبح أداء التوافق الكهرومغناطيسي مؤشرًا رئيسيًا لجودة المنتج.
يشمل التوافق الكهرومغناطيسي في المقام الأول جانبين: الأول هو التداخل الكهرومغناطيسي السلبي الناتج عن المنتج نفسه، والمعروف باسم انبعاث التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)؛ والآخر هو حساسية المنتج للإشارات الكهرومغناطيسية الخارجية، والمعروفة باسم القابلية الكهرومغناطيسية (EMS). يعد مصدر التداخل ومسار الاقتران والمعدات الحساسة العناصر الأساسية الثلاثة للتوافق الكهرومغناطيسي، ولا يمكن حذف أي منها.
يمكن أن تقترن إشارات التداخل الكهرومغناطيسي من خلال مسارين: موصل ومشع. اعتمادًا على آلية الاقتران، يتم تصنيف التداخل إلى تداخل الوضع -الشائع وتداخل الوضع-التفاضلي. يحدث تداخل الوضع - الشائع بين جميع خطوط الإشارة (بما في ذلك خطوط الإشارة وخطوط البيانات وخطوط الكهرباء) والأرض، بينما يحدث تداخل الوضع - التفاضلي بين خطوط الإشارة.
تنقسم تدابير تحسين التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) إلى ثلاث فئات: تعزيز أداء التوافق الكهرومغناطيسي للمعدات الإلكترونية نفسها، واستخدام تقنية التدريع لقمع الاقتران المشع، واستخدام العزل لقمع الاقتران المجرى.
1. تصميم إي إم سي
يعد تصميم لوحات الدوائر الرئيسية والتابعة أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة للتوافق الكهرومغناطيسي للنظام، وغالبًا ما تكون قدرة لوحة الدائرة على إصدار واستقبال الإشعاع الكهرومغناطيسي متسقة. ولذلك، فإن تحسين مناعة لوحة الدائرة الكهربائية ضد التداخل يؤدي أيضًا إلى منع انبعاثاتها الكهرومغناطيسية. تشمل العوامل الرئيسية في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور EMC ما يلي:
اختيار المكونات والتخطيط
حدد المكونات ذات الأداء الجيد لتوافق التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) وأعط الأولوية للتغليف المثبت على السطح كلما أمكن ذلك. قم بترتيب المكونات بشكل منطقي، مع وضع المكونات ذات الصلة بالقرب من بعضها البعض قدر الإمكان لتقليل أطوال التوصيل بين الأجزاء. على وجه الخصوص، يجب وضع المذبذبات البلورية التي تعمل كمصادر على مدار الساعة لوحدات التحكم الدقيقة ووحدات التحكم CAN وفقًا للمواصفات؛ وإلا فإنها سوف تفشل في التأرجح.
التخطيط الأرضي المناسب لتقليل المعاوقة الأرضية
تعمل الإمكانات الأرضية كإمكانية مرجعية لجميع الإشارات. من الناحية المثالية، ينبغي أن تكون جميع النقاط الأرضية على ثنائي الفينيل متعدد الكلور في نفس الإمكانية؛ ومع ذلك، بسبب المعاوقة الأرضية، توجد اختلافات محتملة بين النقاط الأرضية. ولذلك، ينبغي التقليل من مقاومة الأرض قدر الإمكان. الطريقة الأكثر فعالية هي استخدام لوحة متعددة الطبقات مع مستوى أرضي مخصص في المنتصف.
استقرار إمدادات الطاقة
الظروف غير المثالية، مثل التأثيرات العابرة أثناء تحولات حالة إخراج البوابة المنطقية ووجود ممانعة خط الطاقة، تؤدي حتمًا إلى إدخال ضوضاء في خطوط إمداد الطاقة. لا يؤدي هذا الضجيج إلى تشغيل غير طبيعي للدائرة فحسب، بل يولد أيضًا إشعاعًا كهرومغناطيسيًا كبيرًا. بالإضافة إلى استخدام شبكة خطوط الطاقة لتقليل التحريض والممانعة لخطوط الطاقة، يمكن أيضًا استخدام مكثفات التخزين.
2. الإشعاع الكهرومغناطيسي والتدريع الكهرومغناطيسي
يعد التدريع الكهرومغناطيسي أحد الأساليب الرئيسية لمعالجة مشكلات التوافق الكهرومغناطيسي. لا يتعارض مع التشغيل العادي للدوائر ولا يتطلب تعديلات في الدائرة. يتم قياس فعالية الدرع من خلال أداء التدريع الخاص به، والذي يتكون من مكونين: فقدان الانعكاس وفقدان الامتصاص. يعد الحفاظ على الاستمرارية الكهربائية للدرع أمرًا بالغ الأهمية لفعاليته. تكون كابلات ناقل CAN شديدة التأثر بالإشعاع واستقبال التداخل.
مساحة الحلقة بين السلكين في كابل -زوجي مجدول صغيرة جدًا، والتيارات المستحثة في أي حلقتين متجاورتين تكون في اتجاهين متعاكسين، وبالتالي يلغي كل منهما الآخر. كلما كان الالتواء في كابل-الزوج الملتوي أكثر إحكامًا، أصبح هذا التأثير أكثر وضوحًا. لتقليل التداخل بين ناقلي CAN في نظام الشبكة، يجب حماية كل زوج من الكابلات الزوجية -المجدولة بشكل منفصل، ويجب توصيل أي موصلات غير مستخدمة في الكابل بأرضية الإشارة.
زيادة كثافة الالتواء. أرض الدرع
3. إجراء التداخل وعزل الإشارة
أثناء التشغيل العادي للنظام، تشتمل المكونات التي تولد تداخلًا كبيرًا على تبديل مصادر الطاقة، ومحركات الأقراص المؤازرة، وأجهزة التحكم في الإدخال/الإخراج. ومع ذلك، فإن أكثر أنواع التداخل ضررًا هو التداخل العابر، الذي يتميز بقصر المدة، والسعة العالية، والطاقة المنخفضة.
تشمل أشكال التداخل العابر: مجموعات النبضات الكهربائية السريعة التي يتم توليدها عندما تتغير حالة المحرك؛ الزيادات المفاجئة الناتجة عن البرق أو -التشغيل العالي للكابلات؛ وتحريض التفريغ الكهروستاتيكي (ESD). يعد التداخل المنفذ في الغالب وضعًا شائعًا-، على الرغم من حدوث بعض تداخل الوضع-التفاضلي أيضًا. تتضمن تدابير EMC المستخدمة في النظام لضمان موثوقية اتصالات ناقل CAN ما يلي: واقيات الإشارة، والثنائيات المثبطة للجهد العابر (TVS)، وأجهزة الإرسال والاستقبال المعزولة، والعزل البصري.
حامي الإشارة
تعمل واقيات الإشارة الخارجية المخصصة على القضاء على التداخل؛ على سبيل المثال، يمتص ZF-12Y2 التداخل، ويعمل CANFDbridge كعازل.
حامي الإشارة وعزل CANFDBridge
مثبط الجهد العابر (TVS)
يتم توصيل مثبطات الجهد العابر بالتوازي بين خط الإشارة وأرض الإشارة لحماية الكابلات من ارتفاعات الجهد العالي- الناتجة عن ضربات البرق أو التفريغ الكهروستاتيكي. عندما يتجاوز الجهد عبر TVS عتبة معينة، يقوم الجهاز بالتوصيل بسرعة، وبالتالي تبديد طاقة التدفق والحد من سعة الجهد إلى نطاق معين.
أجهزة الإرسال والاستقبال المعزولة
يعد العزل حلاً مثاليًا لمعالجة التداخل، مما يوفر عزلًا كهربائيًا ممتازًا وحصانة من التداخل. عند اختيار جهاز إرسال واستقبال معزول، يجب أن يكون تأخير الإرسال هو الاعتبار الأساسي، لأنه يؤثر على كل من مسافة الإرسال وجودة الناقل. يوصى باستخدام CTM5MFD المعزول مغناطيسيًا لتصميم دائرة إرسال واستقبال الواجهة.
العزلة البصرية
يعد العزل البصري حلاً مثاليًا لمعالجة مشكلات التداخل، لأنه يوفر عزلًا كهربائيًا ممتازًا وحصانة من التداخل. عند اختيار optocouplers، يجب مراعاة معلمتين: تأخير النشر ورفض الوضع الشائع - (CMR). بشرط أن يفي تأخير النشر بمتطلبات معدل الباود لاتصالات البيانات، يجب تحديد النماذج ذات الوضع الشائع -العالي لرفض الوضع كلما أمكن ذلك. إن طريقة قياس قدرة رفض الوضع العام- للمقرنة الضوئية هي الحد الأقصى لمعدل ارتفاع (هبوط) الجهد -الوضع العام (CMH/CML) الذي يمكن أن يتحمله الخرج بينما يظل مرتفعًا (منخفضًا). بعد تنفيذ العزل البصري، يجب أيضًا استخدام عزل مصدر الطاقة.
ملخص
يعد الإشعاع الناتج عن مصادر التداخل المختلفة أمرًا معقدًا، والقضاء التام على التداخل الكهرومغناطيسي مهمة مستحيلة. ومع ذلك، واستنادًا إلى المبادئ الأساسية للتوافق الكهرومغناطيسي، يمكن اتخاذ تدابير لتقليل التداخل الكهرومغناطيسي وإبقائه ضمن الحدود المسموح بها للنظام، وبالتالي ضمان التشغيل الموثوق للنظام أو المعدات. يمكن لإجراءات التحسين الموضحة أعلاه أن تعزز بشكل فعال أداء التوافق الكهرومغناطيسي لأجهزة CAN FD.