Puntos Clave

• Definición: Una PCB de transceptor CAN es una placa de circuito impreso diseñada específicamente para albergar la interfaz de capa física (PHY) entre un controlador CAN y la red de bus diferencial de dos hilos.
• Control de impedancia: La métrica más crítica es mantener una impedancia diferencial de 120 ohmios (±10%) para evitar la reflexión de la señal y la corrupción de datos.
• Evolución de CAN FD: Los diseños modernos a menudo requieren diseños de PCB CAN FD, que manejan velocidades de datos más altas (hasta 5-8 Mbps) y exigen una integridad de señal más estricta que el CAN clásico.
• Protección: Los diseños efectivos deben integrar supresión de voltaje transitorio (TVS) y choques de modo común sin alterar la geometría del par diferencial.
• Concepto erróneo: Muchos diseñadores creen que cualquier material FR4 funciona; sin embargo, los entornos automotrices de alta temperatura a menudo requieren materiales de alto Tg para evitar la delaminación.
• Validación: La aceptación se basa en pruebas de reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) para verificar los perfiles de impedancia antes del ensamblaje de los componentes.
• Fabricación: APTPCB (APTPCB PCB Factory) recomienda verificar las capacidades de apilamiento temprano para asegurar que el espesor dieléctrico soporte los anchos de traza requeridos.

Si bien la red de área de controlador (CAN) (alcance y límites)

Comprender los requisitos fundamentales de una PCB de transceptor CAN es el primer paso hacia una construcción exitosa. Si bien la red de área de controlador (CAN) es un protocolo de comunicación, la PCB es el medio físico que asegura que este protocolo funcione correctamente bajo estrés eléctrico.

Una PCB de transceptor CAN actúa como puente entre la lógica digital de un microcontrolador y el entorno analógico hostil del cableado del bus. No es simplemente un soporte para el chip transceptor; es un componente activo en la cadena de señal. El diseño debe gestionar la señalización diferencial (CAN_H y CAN_L), asegurando que el ruido externo sea rechazado y que la propia placa no emita interferencias electromagnéticas (EMI).

En las aplicaciones modernas, el alcance se ha expandido. Ahora vemos diseños de PCB CAN FD (Flexible Data-rate) que requieren tolerancias más estrictas que las implementaciones estándar ISO 11898. Además, en complejos conjuntos de sensores automotrices, un nodo CAN podría coexistir en la misma placa que una PCB de transceptor de radar o una PCB de transceptor óptico, lo que requiere estrategias de aislamiento cuidadosas para evitar la diafonía entre las señales de radar de alta frecuencia y el bus CAN de baja frecuencia.

Si bien la red de área de controlador (CAN) (cómo evaluar la calidad)

Una vez definido el alcance, los ingenieros deben cuantificar la calidad utilizando métricas específicas. Estos parámetros determinan si una placa funcionará de manera confiable en el campo o fallará durante las pruebas de EMC.

Métrica	Por qué es importante	Rango típico / Factores	Cómo medir
Impedancia diferencial	Coincide con la impedancia característica del cable para detener las reflexiones de la señal (ringing).	120 Ohms ±10%. Influenciado por el ancho de la pista, el espaciado y la altura dieléctrica.	Cupones de reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) o pruebas en circuito.
Rechazo de modo común	Determina la capacidad de la placa para ignorar el ruido que afecta a ambas líneas por igual.	> 60dB típico. Influenciado por la simetría del diseño del par diferencial.	Analizador de red vectorial (VNA) o funciones matemáticas de osciloscopio.
Resistencia DC (DCR)	La alta resistencia provoca caídas de voltaje, empujando potencialmente las señales por debajo de los umbrales recesivos/dominantes.	< 100 mΩ para tramos cortos. Depende del peso del cobre (1oz vs 2oz).	Medición de resistencia Kelvin de 4 hilos.
Ruptura dieléctrica	Crítico para transceptores CAN aislados en vehículos eléctricos o sistemas industriales de alta tensión.	> 2kV para zonas de aislamiento galvánico. Depende de la distancia de fuga/separación.	Prueba Hi-Pot (Alto Potencial).
Resistencia térmica (Rth)	El chip del transceptor puede calentarse; la PCB debe disipar este calor para evitar el apagado térmico.	Depende del área de cobre conectada a la almohadilla térmica (si está presente).	Termografía o termopar durante las pruebas de carga.
Sesgo (Skew)	La diferencia de tiempo entre las señales CAN_H y CAN_L. Un sesgo alto convierte las señales diferenciales en ruido de modo común.	< 100 ps. Controlado mediante la igualación exacta de la longitud de las trazas.	Osciloscopio de alta velocidad.

Si bien la red de área de controlador (CAN): guía de selección por escenario (compromisos)

Las métricas proporcionan los datos, pero el entorno de aplicación dicta las decisiones de diseño. A continuación se presentan escenarios comunes y cómo elegir la configuración correcta de la PCB del transceptor CAN para cada uno.

1. Tren motriz automotriz (Altas temperaturas y vibraciones)

• Requisito: Fiabilidad extrema bajo ciclos térmicos (de -40°C a +125°C).
• Compromiso: Debe sacrificar el costo por la durabilidad. El FR4 estándar es insuficiente.
• Selección: Elija materiales con alta Tg (temperatura de transición vítrea) (>170°C). Use cobre pesado (2oz) si la placa también transporta energía.
• APTPCB sugiere: Los estándares de Automotive Electronics PCB suelen aplicarse aquí, requiriendo validación IPC Clase 3.

2. Gestión de baterías de vehículos eléctricos (EV) (Alto voltaje)

• Requisito: Aislamiento galvánico para proteger la lógica de bajo voltaje de los paquetes de baterías de alto voltaje.
• Compromiso: Requiere un área de placa más grande para las distancias de fuga y de aislamiento.
• Selección: Seleccione un diseño que separe físicamente el lado del transceptor (lado del bus) del lado del MCU. Utilice huellas de transceptores CAN aislados y asegúrese de que ningún plano interno cruce la barrera de aislamiento.

3. Automatización Industrial (Larga Distancia)

• Requisito: Integridad de la señal en tendidos de cable que superen los 40 metros.
• Compromiso: Velocidad de la señal vs. distancia. Tasas de baudios más bajas permiten distancias más largas, pero la PCB debe minimizar la pérdida de inserción.
• Selección: Priorizar materiales con menor pérdida dieléctrica si el bus está muy cargado. Asegurar una colocación robusta de la resistencia de terminación directamente en el conector.

4. Robótica Compacta (Espacio Restringido)

• Requisito: Encajar un nodo CAN en una articulación o brazo actuador.
• Compromiso: Tamaño vs. rendimiento EMI. Las placas pequeñas dificultan el enrutamiento de pares diferenciales lejos de los ruidosos controladores de motor.
• Selección: Utilizar técnicas HDI (High Density Interconnect) o diseños Rigid-Flex para plegar la placa dentro de la carcasa.
• Recurso: Explore las capacidades de las PCB Rígido-Flexibles para aplicaciones dinámicas.

5. Electrónica de Consumo (Sensible al Costo)

• Requisito: Conectividad básica para dispositivos de hogar inteligente.
• Compromiso: Rendimiento vs. Precio.
• Selección: FR4 estándar (Tg 130-140), cobre de 1oz, apilamiento estándar de 2 o 4 capas. El control de impedancia sigue siendo necesario, pero las tolerancias a veces pueden ser más laxas si los tendidos de cable son muy cortos (<1m).

6. Registro de Datos de Alta Velocidad (CAN FD)

• Requisito: Manejo de fases de datos de 5 Mbps a 8 Mbps.
• Compromiso: Complejidad del diseño vs. Rendimiento de datos.
• Selección: Trate esto como una PCB de alta velocidad. Los stubs deben eliminarse virtualmente. Las vías en el par diferencial deben ser taladradas o minimizadas.

Si bien la red de área de controlador (CAN) (del diseño a la fabricación)

Pasar de la selección a la implementación requiere un enfoque disciplinado. Utilice esta lista de verificación para asegurarse de que el diseño de su PCB de transceptor CAN esté listo para la fabricación.

1. Verificación del apilamiento: Antes del enrutamiento, confirme con el fabricante que el ancho de traza deseado produce una impedancia diferencial de 120 Ω en el apilamiento de capas seleccionado.
   • Riesgo: Rediseño requerido si las trazas son demasiado delgadas (no grabables) o demasiado anchas (violación de espacio).
   • Aceptación: Hoja de apilamiento aprobada por el fabricante.
2. Estrategia de colocación: Coloque el chip transceptor lo más cerca posible del conector.
   • Riesgo: Las trazas largas entre el conector y el transceptor actúan como antenas para EMI.
   • Aceptación: Una distancia < 20 mm es un buen objetivo.
3. Enrutamiento de par diferencial: Enrute CAN_H y CAN_L paralelos entre sí con un espaciado constante.
   • Riesgo: Discontinuidades de impedancia que causan reflexiones.
   • Aceptación: Inspección visual; sin planos divididos debajo del par.
4. Gestión de stubs: Minimice la longitud de las trazas que conectan el pin del transceptor a la línea de bus principal (si la placa es una derivación).
   • Riesgo: Los stubs crean reflexiones de señal que degradan el diagrama de ojo.

• Aceptación: Los stubs deben ser < 0,3 metros (a nivel de sistema), pero los stubs en la PCB deben ser insignificantes.

5. Conexión a tierra: Proporcione un plano de referencia de tierra sólido inmediatamente adyacente a la capa de señal.
   • Riesgo: Una ruta de retorno deficiente aumenta el área del bucle y las emisiones radiadas.
   • Aceptación: Vertido de cobre sólido sin fragmentación debajo de las señales.
6. Componentes de protección: Coloque diodos TVS y choques de modo común (CMC) cerca del conector.
   • Riesgo: Descargas electrostáticas (ESD) que destruyen el transceptor.
   • Aceptación: Componentes colocados en la ruta directa de la señal (sin stubs a dispositivos de protección).
7. Terminación: Si este es un nodo final, incluya una resistencia de 120Ω.
   • Riesgo: La terminación faltante causa una falla total del bus.
   • Aceptación: Verificación de la lista de materiales (BOM) y comprobación de la huella.
8. Condensadores de desacoplamiento: Coloque condensadores de 100nF cerca de los pines de alimentación del transceptor.
   • Riesgo: Caídas de voltaje durante la transmisión en estado dominante.
   • Aceptación: Condensador a menos de 2-3 mm del pin VCC.
9. Marcas de serigrafía: Etiquete claramente CAN_H, CAN_L y GND.
   • Riesgo: Errores de cableado en campo.
   • Aceptación: Texto legible cerca del conector.
10. Revisión DFM: Realice una verificación de Diseño para Fabricación.
    • Riesgo: Retrasos en la producción debido a violaciones de perforación a cobre.
    • Aceptación: Informe de aprobación de las Directrices DFM.

Si bien la red de área de controlador (CAN) (y el enfoque correcto)

Incluso los ingenieros experimentados pueden pasar por alto detalles que comprometen una PCB de transceptor de bus. Aquí están los errores más frecuentes y cómo solucionarlos.

• Error: Dividir el plano de referencia.
  • Corrección: Nunca enrute pares diferenciales sobre un hueco en el plano de tierra (por ejemplo, una división entre tierra analógica y digital). Esto destruye la impedancia y crea una antena de ranura. Siempre enrute sobre cobre sólido.
• Error: Ignorar la opción de "Terminación Dividida".
  • Corrección: En lugar de una sola resistencia de 120Ω, use dos resistencias de 60Ω en serie con un condensador a tierra en el medio. Esto actúa como un filtro de paso bajo para el ruido de modo común, mejorando significativamente el rendimiento de EMC.
• Error: Uso excesivo de vías.
  • Corrección: Cada vía añade inductancia y discontinuidad de impedancia. Enrute el par diferencial en una sola capa desde el transceptor hasta el conector siempre que sea posible.
• Error: Colocar componentes altos cerca del conector.
  • Corrección: Mantenga el área alrededor del conector despejada para permitir una fácil inserción del cable y para evitar el estrés mecánico en la PCB durante la instalación.
• Error: Pasar por alto el equilibrio del cobre.
  • Corrección: Grandes desequilibrios de cobre pueden hacer que la PCB se deforme durante el reflujo, estresando las uniones de soldadura del transceptor. Asegúrese de que la distribución del cobre sea relativamente uniforme.
• Error: Asumir que todos los transceptores CAN tienen la misma asignación de pines.
• Corrección: Aunque muchos son estándar (SOIC-8), los encapsulados compactos más nuevos (DFN, SOT) o las versiones aisladas tienen distribuciones de pines diferentes. Verifique siempre la hoja de datos con la huella.

Si bien la red de área de controlador (CAN) (costo, tiempo de entrega, materiales, pruebas, criterios de aceptación)

P: ¿Cómo afecta el requisito de control de impedancia al costo de una PCB de transceptor CAN? R: El control de impedancia suele añadir un 5-10% al costo de la PCB. Requiere que el fabricante realice pruebas TDR en cupones y potencialmente ajuste el ancho de la traza o el grosor del dieléctrico durante la producción para cumplir con la tolerancia de ±10%.

P: ¿Cuál es el tiempo de entrega estándar para una PCB prototipo de bus CAN? R: Para materiales FR4 estándar, APTPCB a menudo puede proporcionar servicios de Quick Turn PCB en 24-48 horas. Si el diseño requiere laminados automotrices especiales o cobre pesado, los tiempos de entrega pueden extenderse a 5-7 días.

P: ¿Puedo usar FR4 estándar para una PCB CAN FD? R: Sí, el FR4 estándar es generalmente aceptable para velocidades CAN FD (hasta 5-8 Mbps), siempre que el diseño sea compacto. Sin embargo, para trazas muy largas o entornos hostiles, se podrían recomendar materiales con tangentes de pérdida más bajas o un Tg más alto.

P: ¿Qué pruebas se requieren para la aceptación de estas placas? R: Más allá de la prueba eléctrica estándar (E-Test) para aperturas y cortocircuitos, debe solicitar informes de prueba de impedancia (TDR). Para placas ensambladas (PCBA), se recomienda la prueba de circuito funcional (FCT) para verificar que el transceptor realmente se comunica.

P: ¿Cómo manejo la conexión de "Tierra" en el conector de la PCB? R: Un bus CAN requiere una referencia a tierra para evitar que los cambios de voltaje de modo común excedan los límites del transceptor. Siempre enrute un cable de tierra junto a CAN_H y CAN_L y proporcione una almohadilla de tierra robusta en la PCB.

P: ¿Cuál es la diferencia entre una PCB de transceptor de radar y una PCB de transceptor CAN? R: Una PCB de transceptor de radar opera a frecuencias extremadamente altas (por ejemplo, 77 GHz) y requiere sustratos exóticos (PTFE/Cerámica). Una PCB CAN opera a frecuencias mucho más bajas (rango de MHz) y se centra en la integridad de la señal diferencial en laminados estándar. A menudo existen en el mismo vehículo pero requieren procesos de fabricación muy diferentes.

P: ¿Cuáles son los criterios de aceptación para soldar chips transceptores? R: IPC-A-610 Clase 2 es estándar para la industria; la Clase 3 es requerida para automoción/aeroespacial. Esto dicta la calidad del filete de soldadura, el levantamiento del talón y los porcentajes de vacíos permitidos en los pines del transceptor.

P: ¿Importa el grosor de la PCB para las aplicaciones CAN? R: Indirectamente. El grosor (por ejemplo, 1,6 mm frente a 1,0 mm) afecta la estructura de capas. Si cambia el grosor de la placa, cambia la distancia entre el plano de señal y el plano de tierra, lo que modifica la impedancia. Debe recalcular los anchos de las pistas si cambia el grosor de la placa.

Si bien la red de área de controlador (CAN) (páginas y herramientas relacionadas)

Para ayudarle en su proceso de diseño y adquisición, utilice las siguientes herramientas y páginas:

• Cálculo de impedancia: Utilice la Calculadora de impedancia para estimar los anchos de las pistas para pares diferenciales de 120Ω antes de comenzar su diseño.
• Selección de materiales: Revise los materiales Isola PCB si su aplicación requiere alta fiabilidad térmica o propiedades dieléctricas específicas.
• Servicios de ensamblaje: Para una producción completa llave en mano, incluido el suministro de los CI de transceptor específicos (NXP, TI, Infineon, etc.), consulte el Ensamblaje llave en mano.

Si bien la red de área de controlador (CAN) (términos clave)

Término	Definición
Arbitraje	El proceso mediante el cual los nodos CAN determinan cuál de ellos puede transmitir datos cuando dos lo intentan simultáneamente.
CAN_H / CAN_L	Los dos cables en el par diferencial. CAN_H sube a alto y CAN_L baja a bajo durante un bit dominante.
Estrangulador de modo común	Un componente magnético utilizado en la PCB para filtrar el ruido que aparece por igual en ambas líneas de señal.
Par diferencial	Un par de conductores utilizado para transmitir señales diferenciales, que requiere un enrutamiento acoplado en la PCB.
Estado dominante	El estado que representa un "0" lógico donde la diferencia de voltaje entre CAN_H y CAN_L es de aproximadamente 2V.
ISO 11898	El estándar internacional que define las capas física y de enlace de datos del protocolo CAN.
Estado recesivo	El estado que representa un "1" lógico donde el bus está inactivo y ambas líneas están a aproximadamente 2.5V.
Terminación dividida	Un método de terminación que utiliza dos resistencias y un condensador para mejorar el rendimiento EMC.
Ramal	Una rama no adaptada de la línea de transmisión; en una PCB, esta es la longitud de la traza desde el bus principal hasta el pin del transceptor.
TDR (Reflectometría en el dominio del tiempo)	Una técnica de medición utilizada para determinar la impedancia característica de las trazas de PCB.
Transceptor	El dispositivo que convierte las señales de nivel lógico (TX/RX) del controlador en señales de bus diferenciales.
Par trenzado	El estándar de cableado para CAN; en una PCB, esto se emula mediante un enrutamiento paralelo ajustado.

Si bien la red de área de controlador (CAN)

El diseño de una PCB de transceptor CAN robusta requiere más que simplemente conectar pines; exige un enfoque holístico de la integridad de la señal, la gestión térmica y la viabilidad de fabricación. Ya sea que esté construyendo un controlador industrial estándar o una PCB CAN FD de alta velocidad para arquitecturas automotrices de próxima generación, el diseño físico es la base de la fiabilidad de la red.

Para avanzar con su proyecto, prepare sus datos para una revisión DFM exhaustiva. Al solicitar una cotización a APTPCB, proporcione:

1. Archivos Gerber: Incluyendo todas las capas de cobre, archivos de perforación y el contorno.
2. Requisitos de apilamiento: Especifique el grosor de placa deseado y los objetivos de impedancia (por ejemplo, 120Ω diferencial).
3. Especificaciones de materiales: Indique si se requieren laminados de alta Tg o específicos para automoción.
4. BOM de ensamblaje: Si se requiere PCBA, enumere los números de pieza específicos del transceptor para asegurar la compatibilidad de la huella.

Al adherirse a estas pautas y asociarse con un fabricante experimentado, se asegurará de que su red CAN funcione sin problemas en el campo.

Related links

• Automotive Electronics PCB
• PCB Rígido-Flexibles
• PCB de alta velocidad
• Directrices DFM
• Quick Turn PCB
• Calculadora de impedancia
• Isola PCB