汽车网络用数据线扼流圈

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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:1 Mbit∕s;FlexRay总线:10 Mbit∕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。


总线扼流圈

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42 VAC或80 V DC,扼流圈的额定电感介于11至100 μH之间,额定电流介于150至300 mA之间。

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。


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



常用于测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36 dBm)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。

图2:CAN总线处的射频抗扰性得到加强

 

衰减(dBm) 无扼流圈 频率(MHz) 扼流圈的应用大大增加了抗扰度。


图3: CAN总线处噪音辐射得到降低 无扼流圈

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