¿Qué es el autobús CAN?
CAN bus es un protocolo de comunicación en serie ampliamente utilizado en automoción, automatización industrial y otros campos. Permite que múltiples dispositivos compartan líneas de comunicación para transmitir datos y señales de control. Hay dos versiones distintas de bus CAN: CAN 2.0A y CAN 2.0B. CAN 2.0A admite identificadores estándar de 11 bits, mientras que CAN 2.0B admite identificadores extendidos de 29 bits. Las topologías de bus CAN incluyen configuraciones de bus, en estrella e híbridas. La topología de bus es la más común, conecta todos los dispositivos de nodo y requiere resistencias terminales en ambos extremos del bus.
Por qué es necesaria la protección contra sobretensiones
Los sistemas de bus CAN son susceptibles a interferencias electromagnéticas (EMI) e interferencias eléctricas (EMI), que pueden provocar errores de transmisión y fallas de hardware. La protección contra sobretensiones introduce circuitos de protección en el sistema de bus CAN para proteger contra estas perturbaciones. Los circuitos de protección contra sobretensiones en el bus CAN pueden proteger el bus mediante mecanismos de absorción, reflexión o supresión.
Los estándares actuales de electrónica automotriz que involucran pruebas de EMC se dividen principalmente en dos categorías:
1: Pruebas transitorias realizadas para sistemas de suministro de energía
2: Pruebas de descarga electrostática (ESD) y sobretensiones para interfaces de comunicación
Las pruebas de la fuente de alimentación incluyen: El pulso 1(a) simula eventos transitorios causados por cargas inductivas cuando la energía se desconecta abruptamente; El pulso 2(a) simula transitorios de cargas inductivas en mazos de cables debido a una interrupción repentina de la corriente; El pulso 2(b) simula transitorios de los motores del ventilador o del limpiaparabrisas cuando se corta la energía operativa; El pulso 3(a)(b) simula pulsos transitorios generados durante los procesos de conmutación. Pulse 5 simula la forma de onda transitoria de descarga de carga durante la pérdida de energía de la batería.
La importancia del diseño de protección contra sobretensiones para el bus CAN
Las fallas en el bus CAN pueden tener consecuencias graves, incluidos daños en el equipo, incidentes de seguridad y pérdida de datos. Por lo tanto, un diseño robusto de protección contra sobretensiones es fundamental para garantizar la confiabilidad y estabilidad del sistema. Además, considerando el entorno operativo del bus CAN, la protección contra sobretensiones también debe presentar resistencia a interferencias, tolerancia a altas-temperaturas, resistencia a vibraciones y alta confiabilidad.
En entornos automotrices, donde ocurre contacto humano frecuente, los eventos de descarga electrostática (ESD), eventos de sobreesfuerzo eléctrico (EOS) y eventos de transitorios eléctricos rápidos (EFT) son comunes durante la operación del vehículo. Estos plantean amenazas potenciales para los vehículos en movimiento. Si bien los chips transceptores CAN incorporan cierta inmunidad a ESD en su diseño, su nivel está muy por debajo de los requisitos de prueba a nivel del sistema-. En consecuencia, el diseño de protección para las interfaces de comunicación CAN adquiere una importancia crítica.
Métodos para el diseño de protección contra sobretensiones del bus CAN
Los métodos de protección contra sobretensiones del bus CAN involucran componentes como resistencias, capacitores, diodos TVS y supresores de voltaje transitorio (TVS). Entre ellos, los diodos TVS son elementos de protección de uso común y ofrecen ventajas como respuesta rápida, baja corriente de fuga y alta absorción de energía. En aplicaciones prácticas, la selección de métodos y componentes de protección contra sobretensiones adecuados requiere la consideración de escenarios y requisitos de aplicación específicos.
Implementación de circuitos de protección contra sobretensiones del bus CAN
Los circuitos de protección contra sobretensiones del bus CAN se pueden implementar utilizando circuitos de componentes discretos o circuitos integrados. Los circuitos de componentes discretos constan de múltiples componentes independientes, lo que ofrece una gran capacidad de personalización y facilidad de mantenimiento y actualizaciones. Los circuitos integrados, por el contrario, integran múltiples componentes en un solo chip, lo que proporciona ventajas como tamaño compacto, bajo consumo de energía y rentabilidad-. En aplicaciones prácticas, se debe seleccionar el método de implementación del circuito apropiado según el escenario y los requisitos de aplicación específicos.
Ejemplos de diseño de protección contra sobretensiones de bus CAN
Este artículo presenta varios ejemplos comunes de circuitos de protección contra sobretensiones del bus CAN para ayudar a los lectores a comprender mejor el tema. Por ejemplo, para abordar los problemas de interferencia eléctrica dentro de los sistemas de bus CAN, se puede lograr protección contra sobretensiones utilizando circuitos de filtro capacitivos o circuitos de filtro RC. Por el contrario, para problemas de interferencia electromagnética, se pueden emplear componentes como diodos TVS y supresores de voltaje transitorio para protección contra sobretensiones.
Recomendaciones de colocación de dispositivos ESD
a) Coloque los dispositivos lo más cerca posible de los terminales o conectores de entrada.
b) Minimizar la longitud del camino entre dispositivos y líneas protegidas.
c) Mantenga las rutas de señal paralelas al mínimo.
d) Evite tender conductores protegidos paralelos a conductores no protegidos.
e) Minimizar todos los bucles conductores en las placas de circuito impreso (PCB), incluidos los bucles de alimentación y tierra.
f) Minimizar la longitud de los caminos transitorios de retorno a tierra.
g) Evite el uso de rutas de retorno transitorias compartidas a puntos de tierra comunes.
h) Utilice planos de tierra, PCB multi-capas y vías de tierra siempre que sea posible.
Resumen
Este artículo resume la importancia, los métodos de diseño y los enfoques de implementación para la protección contra sobretensiones del bus CAN. Se espera que este documento ayude a los lectores a comprender mejor la protección contra sobretensiones del bus CAN y mejorar la confiabilidad y estabilidad del sistema en aplicaciones prácticas. Cabe señalar que al diseñar la protección contra sobretensiones del bus CAN, se deben considerar completamente el entorno operativo del sistema y los escenarios de aplicación, y se deben seleccionar los métodos y componentes de protección contra sobretensiones adecuados.