汽车电子CAN接口的EMC设计方案

汽车电子CAN接口的EMC设计方案

汽车电子CAN接口的电磁兼容（EMC）设计是确保汽车电子系统稳定运行的关键环节。本文从原理图设计、PCB布局、结构设计和电缆设计等多个维度，详细阐述了CAN接口的EMC解决方案，旨在帮助工程师和技术人员更好地理解和应对汽车电子系统中的电磁兼容问题。

CAN接口EMC设计概述

Controller Area Network（CAN）广泛应用于汽车和工业控制领域，用于数据传输和控制。在实际应用中，通讯电缆容易受到外部干扰的影响，同时单板内部的干扰也可能通过电缆形成对外辐射。本方案从EMC原理出发，通过接口的原理图、PCB、结构及电缆等方面进行相关设计，以解决EMC问题。

本方案需满足以下测试标准：

• 辐射发射（RE）：CISPR25 LV5
• 传导发射（CE）：CISPR25 LV5
• 射频磁场抗扰度（RI）：400~4000MHz，150V/m，驻留时间2s
• 大电流注入（BCI）：1~400MHz，150mA，150mm，驻留时间2s
• 传导抗扰度（ISO7637-2）：多种波形测试
• 静电抗扰度（ESD）：接触±8KV，空气±15KV

原理图设计方案

1. CAN接口防静电设计

EMC设计说明：

• 电路滤波设计要点：

• L1为共模电感，用于滤除差分线上的共模干扰，阻抗范围为120Ω/100MHz~2200Ω/100MHz，典型值为600Ω/100MHz。

• C1、C2为信号线上的滤波电容，提供低阻抗回流路径，容值范围为22pF~1000pF，典型值为100pF。

• C3为接口地和数字地之间的跨接电容，典型值为1000pF，耐压要求达到2KV以上，可根据测试情况进行调整。

• 电路防护设计要点：

• D1、D2为瞬态抑制二极管（TVS），反向关断电压要求3.5V以上。

• TVS管的结电容对信号传输有影响，推荐使用结电容小于100pF的TVS管。

接口电路设计备注：

• 如果设备为金属外壳，且单板可以独立划分出接口地，金属外壳与接口地直接电气连接，单板地与接口地通过1000pF电容相连。
• 如果设备为非金属外壳，接口地PGND与单板地GND直接电气连接。

PCB设计方案

1. CAN接口分地设计

特点：

• 为了抑制内部单板高频噪声通过接口向外传导辐射，同时增强单板对外部干扰的抗扰能力，在CAN接口处增加防护和滤波隔离器件，并以隔离器件位置大小为界，划分出接口地。
• 隔离带中可以选择性增加电容作为两者地之间的连接，电容取值建议为1000pF。
• 信号线串联共模电感滤波，且共模电感要求置于隔离带内。
• 为了防止外部强干扰通过端口耦合进内部PCB，引起内部器件性能下降，在靠近端口处信号线上增加防护器件TVS管。

方案分析：

• 当接口与单板存在相容性较差或不相容的电路时，需要在接口与单板之间进行“分地”处理，即根据不同的端口电压、电平信号和传输速率来分别设置地线。“分地”可以防止不相容电路的回流信号叠加，防止公共地线阻抗耦合。
• CAN接口信号传输速率较高，内部PCB板高频噪声很容易由公共地线通过接口向外传导辐射，因此将公共地分割且通过电容相接，可以阻断共模干扰的传播路径。

2. CAN接口电路布局

特点：

• 防护器件及滤波器件要靠近接口位置处摆放且要求摆放紧凑整齐，信号线上的防护器件TVS管与滤波电容要下接至接口地。
• 按照信号流向摆放器件，走线时要尽量防止走线曲折的情况。
• 共模电感及跨接电容要置于隔离带中。

方案分析：

• 接口及接口滤波防护电路周边不能走线且不能放置高速或敏感的器件。
• 隔离带下面投影层要做掏空处理，禁止走线。

结构设计方案

1. CAN信号连接器针脚定义

特点：

• 如果是单组CAN信号，选择相邻的两个针脚作为差分信号。
• 如果是多组CAN信号在同一个连接器内，每组信号间要定义一个地针脚来相互隔离。

线缆设计方案

1. CAN信号电缆组线

电缆设计：

• CAN信号电缆采用网状编织屏蔽层的屏蔽方式，且网状编织层编织密度要求不小于90%。
• 内部组线时，差分电缆采用双绞传输，双绞绞距一般为信号电缆线径的3倍。
• 电缆两端需要增加磁环处理，磁环内径与电缆的外径要紧密结合，尽量选择厚长型的磁环。

走线设计：

• CAN信号电缆走线时要求远离其他强干扰源，如电源模块。
• 电缆走线最好单独走线或与其他模拟以及功率线缆保持10cm以上距离，切不可与其他线缆一起混合捆扎。