Points Clés

• Définition : Une carte PCB de transmetteur CAN est une carte de circuit imprimé spécifiquement conçue pour héberger l'interface de couche physique (PHY) entre un contrôleur CAN et le réseau de bus différentiel à deux fils.
• Contrôle d'impédance : La métrique la plus critique est le maintien d'une impédance différentielle de 120 Ohms (±10 %) pour éviter la réflexion du signal et la corruption des données.
• Évolution du CAN FD : Les conceptions modernes nécessitent souvent des agencements de PCB CAN FD, qui gèrent des débits de données plus élevés (jusqu'à 5-8 Mbps) et exigent une intégrité de signal plus stricte que le CAN classique.
• Protection : Les agencements efficaces doivent intégrer la suppression des tensions transitoires (TVS) et les selfs de mode commun sans perturber la géométrie de la paire différentielle.
• Idée fausse : De nombreux concepteurs pensent que n'importe quel matériau FR4 fonctionne ; cependant, les environnements automobiles à haute température nécessitent souvent des matériaux High-Tg pour éviter le délaminage.
• Validation : L'acceptation repose sur des tests de réflectométrie dans le domaine temporel (TDR) pour vérifier les profils d'impédance avant l'assemblage des composants.
• Fabrication : APTPCB (APTPCB PCB Factory) recommande de vérifier les capacités d'empilement tôt pour s'assurer que l'épaisseur diélectrique supporte les largeurs de trace requises.

Alors que le Controller Area Network (CAN) (portée et limites)

Comprendre les exigences fondamentales d'une carte de circuit imprimé (PCB) de transmetteur-récepteur CAN est la première étape vers une réalisation réussie. Alors que le Controller Area Network (CAN) est un protocole de communication, le PCB est le support physique qui garantit que ce protocole fonctionne correctement sous contrainte électrique.

Un PCB de transmetteur-récepteur CAN agit comme un pont entre la logique numérique d'un microcontrôleur et l'environnement analogique difficile du câblage du bus. Ce n'est pas seulement un support pour la puce du transmetteur-récepteur ; c'est un composant actif dans la chaîne de signal. La disposition doit gérer la signalisation différentielle (CAN_H et CAN_L), en veillant à ce que le bruit externe soit rejeté et que la carte elle-même n'émette pas d'interférences électromagnétiques (EMI).

Dans les applications modernes, la portée s'est étendue. Nous voyons maintenant des conceptions de PCB CAN FD (Flexible Data-rate) qui nécessitent des tolérances plus strictes que les implémentations ISO 11898 standard. De plus, dans les suites de capteurs automobiles complexes, un nœud CAN peut coexister sur la même carte qu'un PCB de transmetteur-récepteur radar ou un PCB de transmetteur-récepteur optique, nécessitant des stratégies d'isolation minutieuses pour éviter la diaphonie entre les signaux radar haute fréquence et le bus CAN basse fréquence.

Alors que le Controller Area Network (CAN) (comment évaluer la qualité)

Une fois la portée définie, les ingénieurs doivent quantifier la qualité à l'aide de métriques spécifiques. Ces paramètres déterminent si une carte fonctionnera de manière fiable sur le terrain ou échouera lors des tests CEM.

Métrique	Pourquoi c'est important	Plage typique / Facteurs	Comment mesurer
Impédance différentielle	Correspond à l'impédance caractéristique du câble pour arrêter les réflexions de signal (ringing).	120 Ohms ±10%. Influencé par la largeur de la piste, l'espacement et la hauteur diélectrique.	Coupons de réflectométrie temporelle (TDR) ou tests en circuit.
Rejet de mode commun	Détermine la capacité de la carte à ignorer le bruit affectant les deux lignes de manière égale.	> 60dB typique. Influencé par la symétrie de la disposition de la paire différentielle.	Analyseur de réseau vectoriel (VNA) ou fonctions mathématiques d'oscilloscope.
Résistance DC (DCR)	Une résistance élevée provoque des chutes de tension, poussant potentiellement les signaux en dessous des seuils récessifs/dominants.	< 100 mΩ pour les courtes distances. Dépend du poids du cuivre (1oz vs 2oz).	Mesure de résistance Kelvin à 4 fils.
Claquage diélectrique	Critique pour les transceivers CAN isolés dans les véhicules électriques ou les systèmes industriels haute tension.	> 2kV pour les zones d'isolation galvanique. Dépend de la distance de fuite/d'isolement.	Test Hi-Pot (Haute Potentiel).
Résistance thermique (Rth)	La puce du transceiver peut chauffer ; le PCB doit dissiper cette chaleur pour éviter l'arrêt thermique.	Dépend de la surface de cuivre connectée au pad thermique (si présent).	Imagerie thermique ou thermocouple pendant les tests de charge.
Décalage (Skew)	La différence de temps entre les signaux CAN_H et CAN_L. Un décalage élevé convertit les signaux différentiels en bruit de mode commun.	< 100 ps. Contrôlé par l'appariement exact de la longueur des pistes.	Oscilloscope haute vitesse.

Alors que le Controller Area Network (CAN) : guide de sélection par scénario (compromis)

Les métriques fournissent les données, mais l'environnement d'application dicte les choix de conception. Ci-dessous sont présentés les scénarios courants et comment choisir la bonne configuration de PCB de transmetteur CAN pour chacun.

1. Groupe motopropulseur automobile (Chaleur et vibrations élevées)

• Exigence : Fiabilité extrême sous cycles thermiques (-40°C à +125°C).
• Compromis : Vous devez échanger le coût contre la durabilité. Le FR4 standard est insuffisant.
• Sélection : Choisissez des matériaux à Tg élevée (température de transition vitreuse) (>170°C). Utilisez du cuivre épais (2oz) si la carte transporte également de l'énergie.
• APTPCB suggère : Les normes Automotive Electronics PCB s'appliquent généralement ici, nécessitant une validation IPC Classe 3.

2. Gestion de batterie de véhicule électrique (VE) (Haute tension)

• Exigence : Isolation galvanique pour protéger la logique basse tension des packs de batteries haute tension.
• Compromis : Nécessite une plus grande surface de carte pour les distances de fuite et d'isolement.
• Sélection : Choisissez une disposition qui sépare physiquement le côté transmetteur (côté bus) du côté MCU. Utilisez des empreintes de transmetteurs CAN isolés et assurez-vous qu'aucun plan interne ne traverse la barrière d'isolation.

3. Automatisation Industrielle (Longue Distance)

• Exigence : Intégrité du signal sur des longueurs de câble dépassant 40 mètres.
• Compromis : Vitesse du signal vs. distance. Des débits en bauds plus faibles permettent de plus grandes distances, mais le PCB doit minimiser la perte d'insertion.
• Sélection : Privilégier les matériaux à faible perte diélectrique si le bus est fortement chargé. Assurer un placement robuste de la résistance de terminaison directement au niveau du connecteur.

4. Robotique Compacte (Contrainte d'Espace)

• Exigence : Intégrer un nœud CAN dans une articulation ou un bras d'actionneur.
• Compromis : Taille vs. performances EMI. Les petites cartes rendent plus difficile le routage des paires différentielles loin des pilotes de moteur bruyants.
• Sélection : Utiliser des techniques HDI (High Density Interconnect) ou des conceptions Rigid-Flex pour plier la carte dans le boîtier.
• Ressource : Explorez les capacités des PCB Rigid-Flex pour les applications dynamiques.

5. Électronique Grand Public (Sensible au Coût)

• Exigence : Connectivité de base pour les appareils domestiques intelligents.
• Compromis : Performance vs. Prix.
• Sélection : FR4 standard (Tg 130-140), cuivre 1oz, empilement standard 2 ou 4 couches. Le contrôle d'impédance est toujours nécessaire, mais les tolérances peuvent parfois être plus souples si les longueurs de câble sont très courtes (<1m).

6. Enregistrement de Données à Haute Vitesse (CAN FD)

• Exigence : Gestion des phases de données de 5 Mbps à 8 Mbps.
• Compromis : Complexité de la conception vs. Débit de données.
• Sélection : Traitez ceci comme une carte PCB haute vitesse. Les stubs doivent être pratiquement éliminés. Les vias sur la paire différentielle doivent être déforés ou minimisés.

Alors que le Controller Area Network (CAN) (de la conception à la fabrication)

Passer de la sélection à l'implémentation exige une approche disciplinée. Utilisez cette liste de contrôle pour vous assurer que la conception de votre PCB de transceiver CAN est prête pour la fabrication.

1. Vérification de l'empilement : Avant le routage, confirmez avec le fabricant que la largeur de trace souhaitée produit une impédance différentielle de 120 Ω sur l'empilement de couches sélectionné.
   • Risque : Refonte nécessaire si les traces sont trop fines (in-gravables) ou trop larges (violation d'espace).
   • Acceptation : Fiche d'empilement approuvée par le fabricant.
2. Stratégie de placement : Placez la puce du transceiver aussi près que possible du connecteur.
   • Risque : Les longues traces entre le connecteur et le transceiver agissent comme des antennes pour les EMI.
   • Acceptation : Une distance < 20 mm est un bon objectif.
3. Routage de la paire différentielle : Routez CAN_H et CAN_L parallèlement l'un à l'autre avec un espacement constant.
   • Risque : Discontinuités d'impédance provoquant des réflexions.
   • Acceptation : Inspection visuelle ; pas de plans divisés sous la paire.
4. Gestion des stubs : Minimisez la longueur des traces connectant la broche du transceiver à la ligne de bus principale (si la carte est un tap).
   • Risque : Les stubs créent des réflexions de signal qui dégradent le diagramme de l'œil.

• Acceptation : Les stubs doivent être < 0,3 mètre (niveau système), mais les stubs sur PCB doivent être négligeables.

5. Mise à la terre : Fournir un plan de masse solide immédiatement adjacent à la couche de signal.
   • Risque : Un mauvais chemin de retour augmente la surface de la boucle et les émissions rayonnées.
   • Acceptation : Coulée de cuivre solide sans fragmentation sous les signaux.
6. Composants de protection : Placer les diodes TVS et les selfs de mode commun (CMC) près du connecteur.
   • Risque : Les décharges électrostatiques (ESD) détruisent l'émetteur-récepteur.
   • Acceptation : Composants placés dans le chemin de signal direct (pas de stubs vers les dispositifs de protection).
7. Terminaison : S'il s'agit d'un nœud final, inclure une résistance de 120Ω.
   • Risque : Une terminaison manquante entraîne une défaillance totale du bus.
   • Acceptation : Vérification de la nomenclature (BOM) et du boîtier.
8. Condensateurs de découplage : Placer des condensateurs de 100nF près des broches d'alimentation de l'émetteur-récepteur.
   • Risque : Chutes de tension pendant la transmission en état dominant.
   • Acceptation : Condensateur à moins de 2-3 mm de la broche VCC.
9. Marquages sérigraphiés : Étiqueter clairement CAN_H, CAN_L et GND.
   • Risque : Erreurs de câblage sur le terrain.
   • Acceptation : Texte lisible près du connecteur.
10. Examen DFM : Effectuer une vérification de la conception pour la fabrication (DFM).
    • Risque : Retards de production dus à des violations de perçage-vers-cuivre.
    • Acceptation : Rapport de réussite des Directives DFM.

Alors que le Controller Area Network (CAN) (et la bonne approche)

Même les ingénieurs expérimentés peuvent négliger des détails qui compromettent une carte PCB de transmetteur de bus. Voici les erreurs les plus fréquentes et comment les corriger.

• Erreur : Séparer le plan de référence.
  • Correction : Ne jamais acheminer les paires différentielles sur une coupure dans le plan de masse (par exemple, une séparation entre la masse analogique et numérique). Cela détruit l'impédance et crée une antenne à fente. Toujours acheminer sur du cuivre plein.
• Erreur : Ignorer l'option « Split Termination » (terminaison divisée).
  • Correction : Au lieu d'une seule résistance de 120Ω, utilisez deux résistances de 60Ω en série avec un condensateur à la masse au milieu. Cela agit comme un filtre passe-bas pour le bruit de mode commun, améliorant considérablement les performances CEM.
• Erreur : Utilisation excessive de vias.
  • Correction : Chaque via ajoute de l'inductance et une discontinuité d'impédance. Acheminer la paire différentielle sur une seule couche du transmetteur au connecteur chaque fois que possible.
• Erreur : Placer des composants hauts près du connecteur.
  • Correction : Gardez la zone autour du connecteur dégagée pour permettre une insertion facile du câble et pour éviter les contraintes mécaniques sur le PCB pendant l'installation.
• Erreur : Négliger l'équilibre du cuivre.
  • Correction : Des déséquilibres importants de cuivre peuvent provoquer la déformation du PCB pendant le refusion, sollicitant les joints de soudure du transmetteur. Assurez-vous que la distribution du cuivre est relativement uniforme.
• Erreur : Supposer que tous les transmetteurs CAN ont le même brochage.
• Correction : Bien que de nombreux boîtiers soient standard (SOIC-8), les boîtiers compacts plus récents (DFN, SOT) ou les versions isolées ont des brochages différents. Vérifiez toujours la fiche technique par rapport à l'empreinte.

Alors que le Controller Area Network (CAN) (coût, délai, matériaux, tests, critères d'acceptation)

Q: Comment l'exigence de contrôle d'impédance affecte-t-elle le coût d'un PCB de transceiver CAN ? R: Le contrôle d'impédance ajoute généralement 5 à 10 % au coût du PCB. Il exige du fabricant qu'il effectue des tests TDR sur des coupons et qu'il ajuste potentiellement la largeur des pistes ou l'épaisseur du diélectrique pendant la production pour respecter la tolérance de ±10%.

Q: Quel est le délai standard pour un PCB de prototype de bus CAN ? R: Pour les matériaux FR4 standard, APTPCB peut souvent fournir des services Quick Turn PCB en 24-48 heures. Si la conception nécessite des stratifiés automobiles spéciaux ou du cuivre épais, les délais peuvent s'étendre à 5-7 jours.

Q: Puis-je utiliser du FR4 standard pour un PCB CAN FD ? R: Oui, le FR4 standard est généralement acceptable pour les vitesses CAN FD (jusqu'à 5-8 Mbps), à condition que la disposition soit compacte. Cependant, pour des pistes très longues ou des environnements difficiles, des matériaux avec des tangentes de perte plus faibles ou un Tg plus élevé pourraient être recommandés.

Q: Quels tests sont requis pour l'acceptation de ces cartes ? A: Au-delà du test électrique standard (E-Test) pour les ouvertures et les courts-circuits, vous devriez demander des rapports de test d'impédance (TDR). Pour les cartes assemblées (PCBA), un test fonctionnel (FCT) est recommandé pour vérifier que l'émetteur-récepteur communique réellement.

Q: Comment gérer la connexion "Masse" sur le connecteur de la carte PCB ? R: Un bus CAN nécessite une référence de masse pour empêcher les décalages de tension de mode commun de dépasser les limites de l'émetteur-récepteur. Toujours acheminer un fil de masse le long de CAN_H et CAN_L et prévoir un plot de masse robuste sur le PCB.

Q: Quelle est la différence entre un PCB d'émetteur-récepteur radar et un PCB d'émetteur-récepteur CAN ? R: Un PCB d'émetteur-récepteur radar fonctionne à des fréquences extrêmement élevées (par exemple, 77 GHz) et nécessite des substrats exotiques (PTFE/Céramique). Un PCB CAN fonctionne à des fréquences beaucoup plus basses (gamme MHz) et se concentre sur l'intégrité du signal différentiel sur des stratifiés standard. Ils existent souvent dans le même véhicule mais nécessitent des processus de fabrication très différents.

Q: Quels sont les critères d'acceptation pour le soudage des puces d'émetteur-récepteur ? R: IPC-A-610 Classe 2 est la norme pour l'industrie ; la Classe 3 est requise pour l'automobile/l'aérospatiale. Cela dicte la qualité du congé de soudure, de la remontée de talon et des pourcentages de vides autorisés sur les broches de l'émetteur-récepteur.

Q: L'épaisseur du PCB est-elle importante pour les applications CAN ? R: Indirectement. L'épaisseur (par exemple, 1,6 mm contre 1,0 mm) affecte l'empilement. Si vous modifiez l'épaisseur de la carte, vous modifiez la distance entre le plan de signal et le plan de masse, ce qui modifie l'impédance. Vous devez recalculer les largeurs de piste si vous modifiez l'épaisseur de la carte.

Alors que le Controller Area Network (CAN) (pages et outils connexes)

Pour vous aider dans votre processus de conception et d'approvisionnement, utilisez les outils et pages suivants :

• Calcul d'impédance : Utilisez le Calculateur d'impédance pour estimer les largeurs de piste des paires différentielles de 120Ω avant de commencer votre routage.
• Sélection des matériaux : Examinez les matériaux Isola PCB si votre application nécessite une fiabilité thermique élevée ou des propriétés diélectriques spécifiques.
• Services d'assemblage : Pour une production clé en main complète, y compris l'approvisionnement des CI de transceiver spécifiques (NXP, TI, Infineon, etc.), consultez l'Assemblage clé en main.

Alors que le Controller Area Network (CAN) (termes clés)

Terme	Définition
Arbitrage	Le processus par lequel les nœuds CAN déterminent lequel peut transmettre des données lorsque deux essaient simultanément.
CAN_H / CAN_L	Les deux fils de la paire différentielle. CAN_H passe à l'état haut et CAN_L passe à l'état bas pendant un bit dominant.
Self de mode commun	Un composant magnétique utilisé sur le PCB pour filtrer le bruit qui apparaît de manière égale sur les deux lignes de signal.
Paire différentielle	Une paire de conducteurs utilisée pour transmettre des signaux différentiels, nécessitant un routage couplé sur le PCB.
État dominant	L'état représentant un "0" logique où la différence de tension entre CAN_H et CAN_L est d'environ 2V.
ISO 11898	La norme internationale définissant les couches physique et liaison de données du protocole CAN.
État récessif	L'état représentant un "1" logique où le bus est inactif et les deux lignes sont à environ 2,5V.
Terminaison divisée	Une méthode de terminaison utilisant deux résistances et un condensateur pour améliorer les performances CEM.
Tronçon	Une branche non adaptée de la ligne de transmission ; sur un PCB, c'est la longueur de la piste du bus principal à la broche du transmetteur-récepteur.
Réflectométrie dans le domaine temporel (TDR)	Une technique de mesure utilisée pour déterminer l'impédance caractéristique des pistes de PCB.
Transceiver	Le dispositif qui convertit les signaux de niveau logique (TX/RX) du contrôleur en signaux de bus différentiels.
Paire torsadée	La norme de câblage pour CAN ; sur un PCB, cela est émulé par un routage parallèle serré.

Alors que le Controller Area Network (CAN)

La conception d'une carte PCB de transmetteur CAN robuste exige plus que la simple connexion de broches ; elle demande une approche globale de l'intégrité du signal, de la gestion thermique et de la faisabilité de fabrication. Que vous construisiez un contrôleur industriel standard ou une carte PCB CAN FD haute vitesse pour les architectures automobiles de nouvelle génération, la disposition physique est le fondement de la fiabilité du réseau.

Pour faire avancer votre projet, préparez vos données pour une revue DFM complète. Lorsque vous demandez un devis à APTPCB, veuillez fournir :

1. Fichiers Gerber : Incluant toutes les couches de cuivre, les fichiers de perçage et le contour.
2. Exigences d'empilement : Spécifiez l'épaisseur de carte souhaitée et les objectifs d'impédance (par exemple, 120Ω différentiel).
3. Spécifications des matériaux : Indiquez si des stratifiés à Tg élevé ou spécifiques à l'automobile sont requis.
4. BOM d'assemblage : Si un PCBA est requis, listez les numéros de pièce spécifiques du transmetteur pour assurer la compatibilité de l'empreinte.

En respectant ces directives et en vous associant à un fabricant expérimenté, vous assurez que votre réseau CAN fonctionne parfaitement sur le terrain.

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