数据线扼流圈改善电磁兼容

发布时间:2010-10-19 阅读量:1287 来源: 发布人:

中心议题:
    * 汽车总线扼流圈的功能
    * FlexRay电磁兼容性与电磁干扰
解决方案:
    * 区别差模和共模干扰
    * 总线系统必须符合高级电磁兼容性要求


近年来,汽车内的电子设备比例在显著增长。这一趋势的发展使更多功能加入进来,用以提高汽车的安全性、效率、可靠性和便利性,并降低排放。与此相对应的便是针对总线系统提出的日益增加的要求:确保在最多样化的控制单元之间实施可靠通信。特别是经由总线系统如控制器局域网(CAN)或FlexRay系统控制的对安全性至关重要的应用,必须满足最高的电磁兼容性规格。数据线中的共模扼流圈(CMC)可加强对由电磁兼容性问题所导致的故障的防护。

当代机动车辆控制功能的复杂性在于三点:更快的数据速率、确定时延性能以及故障容错功能。以成本考量为主的功能或多媒体功能由LIN(局域互连网)或 MOST(媒体导向系统传输)总线进行连接,而CAN或FlexRay总线系统则用于对安全至关重要的功能,比如引擎控制、ABS系统以及气囊等。CAN 和FlexRay采用双绞线,具确定时延性,可实现快速数据速率(CAN总线:1Mbit/s;FlexRay总线:10Mbit/s)。这两种总线系统的物理层和数据传送协议均已经过优化,可确保高度可靠性。不过,鉴于现代车辆逐渐增加的复杂性,单独凭借上述措施并不能彻底防止电磁兼容性问题导致的故障。

数据线扼流圈几乎存在于所有现代汽车中。没有数据线扼流圈,就无法确保汽车电子设备的电磁兼容性和无故障运转。爱普科斯现可供应能够满足汽车具体要求的、具有不同封装尺寸和版本的各种型号产品。B82789系列扼流圈专用于功能强大的汽车总线系统,比如CAN或FlexRay。当上述扼流圈应用到数据线上时,就能抑制耦合干扰并防止数据总线发出干扰。该系列产品的工作电压为42VAC或80VDC,扼流圈的额定电感介于11至100mH之间,额定电流介于 150~300mA之间。


图1电磁兼容性测量(于测试板上实施),这一测试结构用于电磁干扰测量与总线扼流圈效果的测定

总线扼流圈

汽车总线系统必须符合高级电磁兼容性要求:针对瞬变、静电放电(ESD)及电磁干扰(EMI)的抗扰度。但是,总线系统不能干扰其它电子元件,也就是说,必须最小化干扰辐射。不过,随着车辆内部电子设备比例的增加,无法在所有条件下预先测试电磁兼容性,这就存在出故障乃至控制装置受损的风险。爱普科斯数据线扼流圈促进了上述问题的解决。
 
通常,必须要区别差模和共模干扰。差模干扰与数据信号重合,而共模干扰则是对地的,它源于不平衡性和寄生效应。为最小化共模干扰,必须特别注意总线信号线的布线、终端滤波器、连接器、以及电路板本身。穿通接头或连接接头的寄生电容和电感,以及总线信号引线在电路板上的布局都可能会引起不对称性,并产生共模干扰。

常用于测L定射频影响电磁兼容性的方法是Te直接射频功率注入(DPI)法:将来自信号发生器的信号(最高可达36dBm)耦合到总线引线中,并观察信号输出。如果发生故障,就记录接入信号的信号电平。针对有关范围内的每一个对应频率逐步重复这一流程。一个特定的总线结构的射频干扰辐射是通过测试接收机决定的,用它来测量总线及所有输入输出处的共模电压。

在采用和未采用爱普科斯扼流圈的情况下,我们采用DPI方法分别在测试板上进行射频抗扰性和干扰辐射测量。从图2和图3中可以看出CAN总线相应结果。显然,B82789共模扼流圈的使用大大改善了射频抗扰性。同时,扼流圈在数据线中的使用也大大减少了干扰辐射。



数据线扼流圈可以显著提高CAN总线系统的可靠性。这就是为什么欧洲汽车制造商要求使用数据线扼流圈的原因。尽管较高电感的扼流圈会由于较高的衰减产生较好的电磁兼容性,但要选择最合适的扼流圈,就必须还要考虑杂散电感、信号完整性、接地漂移以及引线的坚固性等因素。爱普科斯B82789系列的电感范围为 11到100mH。

FlexRay电磁兼容性与电磁干扰

FlexRay是一个串行的、具确定时延和故障容错的总线系统。FlexRay由FlexRay联盟(FlexRayConsortium)定义。 FlexRay联盟于2000由宝马公司(BMW)、摩托罗拉(现在是飞思卡尔,Freescale)和菲利普(现在是恩智浦,NXP)、博世 (Bosch)、通用汽车、大众汽车公司创建,其它公司后来加入。FlexRay的设计旨在满足未来汽车网络的更高要求,特别是快速数据速率、实时响应能力以及故障容错性能。不过,目前的焦点是更快的数据速率。

物理层应用指南明确指出了对FlexRay网络数据线扼流圈的总体要求,比如引线电阻(<1W)、电感(>50mH)以及杂散电感 (<1mH)。对电磁辐射和电磁干扰的测定与CAN总线一样。不过,由于10Mbit/s的更高传输率,需要更加仔细地检查信号完整性。图4所示为对具有各种电感的扼流圈与不使用扼流圈的测试板进行DPI测定的相应评估结果。图五所示为使用另一块测试板进行电磁干扰测量的结果,同样是针对具有不同电感的扼流圈。很明显可以发现,数据线扼流圈的使用改善了电磁兼容性并减少了干扰辐射。当电感更高时,作用就更大。不过,更高的电感值会对信号完整性产生一定的负面影响。
 





眼图适于研究FlexRay的信号完整性。如果数据信号的曲线在阴影范围外,数据传输即可得以保障。这些要求可以通过使用电感为100mH的 B82789C0104扼流圈来实现(见图6)。鉴于这些电磁兼容性测量的结果及对数据信号的影响可忽略不计的事实(即信号完整性可得到保障),爱普科斯 B82789C0104N002(双线绕组)扼流圈被选作FlexRay物理层合格测试的参考型号。


图6信号测量,B82789C0104扼流圈的应用实现与FlexRay物理层规范一致的最佳信号完整性。该扼流圈随后被选作合格测试的参考型号



模型程序库为产品开发提供方便

爱普科斯目前可以提供适当的模拟模型以提高采用新式扼流圈的设计的效率。为此,扼流圈在整个相关频率范围的电特性已定义并包括在相应的模型中。因为终端电容和电感以及连接的电阻都取决于用户设计,所以并没有包括在模型内。客户不必进行费时的整体系统设计,就可评估扼流圈的功能。爱普科斯现可供应用于初次设计评估的简易模型,此类模型能够实现快速和精确的模拟。高级模型能够提供更精确的模拟结果,不过需要较长的模拟时间。

由爱普科斯生产的控制器局域网(CAN)总线扼流圈可防止汽车网络中出现的电磁兼容性(EMC)问题,从而提高安全性。FlexRay联盟已确认SIMDAD1812为合格测试用参考型号。


相关资讯
NSD3602-Q1:国产车规半桥驱动芯片如何破解车身控制EMC困局?

随着汽车电子化与智能化进程加速,车身控制模块对多电机驱动芯片的需求日益增长。纳芯微电子推出的NSD3602-Q1双通道半桥栅极驱动芯片,以其高集成度、低EMI特性及全面的诊断功能,成为车身域控架构中的关键器件。本文从技术优势、竞争对比、应用场景及市场前景等维度展开分析,揭示其在汽车电子领域的创新价值。

2025边缘AI爆发:存算一体与异构计算重塑行业格局

2025年被视为边缘生成式AI(Edge Generative AI)的应用元年,其核心特征是将AI模型的训练与推理能力从云端下沉至终端设备,如智能手机、工业传感器、可穿戴设备等。据Gartner预测,到2026年,全球50%的边缘部署将集成AI能力,而80%的企业将采用生成式AI技术。这一趋势的背后,是行业对实时性、数据隐私和能效需求的迫切响应。例如,医疗设备需在本地处理敏感健康数据以避免云端传输风险,而自动驾驶系统依赖边缘计算的毫秒级决策能力。英特尔与百度等企业已通过联合实验室推动5G+AI边缘计算技术的研发,加速智能交通、工业自动化等场景的落地。

能效提升35%:揭秘下一代GPU如何统一图形与AI计算架构

"边缘设备对实时AI处理与高性能图形的需求正在重塑半导体行业格局。"(引自IDC研究总监Phil Solis)。Imagination Technologies近日推出的E-Series GPU IP,通过架构级创新实现了图形渲染与AI计算的协同加速,其200 TOPS的INT8算力与35%的能效提升,为智能汽车、工业物联网及移动设备提供了前所未有的边缘计算解决方案。

关税风险叠加需求激增,存储芯片市场迎来新一轮涨价潮

2025年4月,全球存储芯片市场迎来剧烈波动。据市场调研机构DRAMeXchange数据显示,用于个人电脑的通用DRAM DDR4 8Gb产品固定交易价格较3月飙升22.22%,达到1.65美元;128Gb MLC NAND闪存价格亦上涨11.06%至2.79美元。这一轮价格异动不仅反映供需失衡,更与国际贸易政策、技术升级及产业周期深度交织。

DigiKey Standard工具生态发布 重新定义电子工程研发效率

DigiKey作为全球电子元器件分销领域的领军企业,于2025年5月1日正式宣布扩充其自有品牌产品线DigiKey Standard,该系列聚焦工程师日常研发与制造场景,提供从原型设计到量产的全流程工具支持。这一战略举措标志着DigiKey从传统分销商向技术解决方案提供者的深度转型。