Ключевые выводы

• Определение: Печатная плата CAN-трансивера — это печатная плата, специально разработанная для размещения интерфейса физического уровня (PHY) между контроллером CAN и двухпроводной дифференциальной шинной сетью.
• Контроль импеданса: Наиболее важным показателем является поддержание дифференциального импеданса 120 Ом (±10%) для предотвращения отражения сигнала и повреждения данных.
• Эволюция CAN FD: Современные конструкции часто требуют разводки CAN FD PCB, которые обрабатывают более высокие скорости передачи данных (до 5-8 Мбит/с) и требуют более строгой целостности сигнала, чем классический CAN.
• Защита: Эффективные разводки должны интегрировать подавление переходных напряжений (TVS) и синфазные дроссели, не нарушая геометрию дифференциальной пары.
• Заблуждение: Многие разработчики считают, что любой материал FR4 подходит; однако высокотемпературные автомобильные среды часто требуют материалов с высоким Tg для предотвращения расслоения.
• Валидация: Приемка основана на тестировании методом рефлектометрии во временной области (TDR) для проверки профилей импеданса перед сборкой компонентов.
• Производство: APTPCB (APTPCB PCB Factory) рекомендует заранее проверять возможности стека, чтобы убедиться, что толщина диэлектрика поддерживает требуемые ширины дорожек.

В то время как Controller Area Network (CAN)-трансивера (область применения и ограничения)

Понимание основных требований к плате CAN-трансивера является первым шагом к успешной сборке. В то время как Controller Area Network (CAN) — это протокол связи, печатная плата (PCB) является физической средой, которая обеспечивает правильное функционирование этого протокола в условиях электрического напряжения.

Плата CAN-трансивера действует как мост между цифровой логикой микроконтроллера и суровой аналоговой средой кабельной системы шины. Это не просто носитель для чипа трансивера; это активный компонент в сигнальной цепи. Разводка должна управлять дифференциальной передачей сигналов (CAN_H и CAN_L), обеспечивая подавление внешних шумов и предотвращая излучение электромагнитных помех (EMI) самой платой.

В современных приложениях область применения расширилась. Теперь мы видим конструкции CAN FD PCB (Flexible Data-rate), которые требуют более жестких допусков, чем стандартные реализации ISO 11898. Кроме того, в сложных автомобильных сенсорных комплексах узел CAN может сосуществовать на одной плате с платой радарного трансивера или платой оптического трансивера, что требует тщательных стратегий изоляции для предотвращения перекрестных помех между высокочастотными радарными сигналами и низкочастотной шиной CAN.

В то время как Controller Area Network (CAN)-трансиверов (как оценивать качество)

После определения области применения инженеры должны количественно оценить качество, используя конкретные метрики. Эти параметры определяют, будет ли плата надежно работать в полевых условиях или выйдет из строя во время испытаний на ЭМС.

Метрика	Почему это важно	Типичный диапазон / Факторы	Как измерить
Дифференциальный импеданс	Соответствует характеристическому импедансу кабеля для предотвращения отражений сигнала (звона).	120 Ом ±10%. Зависит от ширины дорожки, расстояния и высоты диэлектрика.	Купоны рефлектометрии во временной области (TDR) или внутрисхемное тестирование.
Подавление синфазных помех	Определяет способность платы игнорировать шум, одинаково влияющий на обе линии.	> 60 дБ типично. Зависит от симметрии разводки дифференциальной пары.	Векторный анализатор цепей (VNA) или математические функции осциллографа.
Сопротивление постоянному току (DCR)	Высокое сопротивление вызывает падение напряжения, потенциально опуская сигналы ниже рецессивных/доминантных порогов.	< 100 мОм для коротких трасс. Зависит от толщины меди (1 унция против 2 унций).	4-проводное измерение сопротивления по Кельвину.
Пробой диэлектрика	Критично для изолированных CAN-трансиверов в электромобилях или высоковольтных промышленных системах.	> 2 кВ для зон гальванической изоляции. Зависит от расстояния утечки/зазора.	Hi-Pot (высоковольтное) тестирование.
Тепловое сопротивление (Rth)	Чип трансивера может нагреваться; печатная плата должна рассеивать это тепло для предотвращения теплового отключения.	Зависит от площади меди, подключенной к тепловой площадке (если имеется).	Тепловизионная съемка или термопара во время нагрузочного тестирования.
Перекос (Skew)	Разница во времени между сигналами CAN_H и CAN_L. Высокий перекос преобразует дифференциальные сигналы в синфазный шум.	< 100 пс. Контролируется точным согласованием длины дорожек.	Высокоскоростной осциллограф.

В то время как Controller Area Network (CAN)-трансивера: руководство по выбору по сценариям (компромиссы)

Метрики предоставляют данные, но среда применения диктует проектные решения. Ниже приведены распространенные сценарии и способы выбора правильной конфигурации печатной платы CAN-трансивера для каждого из них.

1. Автомобильный силовой агрегат (высокая температура и вибрация)

• Требование: Чрезвычайная надежность при термических циклах (от -40°C до +125°C).
• Компромисс: Вы должны пожертвовать стоимостью ради долговечности. Стандартный FR4 недостаточен.
• Выбор: Выбирайте материалы с высокой Tg (температурой стеклования) (>170°C). Используйте толстую медь (2 унции), если плата также передает питание.
• APTPCB предлагает: Здесь обычно применяются стандарты Automotive Electronics PCB, требующие валидации IPC Class 3.

2. Управление батареями электромобилей (EV) (высокое напряжение)

• Требование: Гальваническая развязка для защиты низковольтной логики от высоковольтных аккумуляторных батарей.
• Компромисс: Требуется большая площадь платы для путей утечки и воздушных зазоров.
• Выбор: Выберите компоновку, которая физически отделяет сторону трансивера (сторону шины) от стороны микроконтроллера. Используйте изолированные посадочные места CAN-трансиверов и убедитесь, что внутренние слои не пересекают барьер изоляции.

3. Промышленная автоматизация (большие расстояния)

• Требование: Целостность сигнала при длине кабеля более 40 метров.
• Компромисс: Скорость сигнала против расстояния. Более низкие скорости передачи данных позволяют увеличить расстояния, но печатная плата должна минимизировать вносимые потери.
• Выбор: Отдавайте предпочтение материалам с низкими диэлектрическими потерями, если шина сильно нагружена. Обеспечьте надежное размещение оконечного резистора непосредственно у разъема.

4. Компактная робототехника (ограниченное пространство)

• Требование: Размещение узла CAN в шарнире или рычаге привода.
• Компромисс: Размер против производительности по ЭМС. Маленькие платы затрудняют прокладку дифференциальных пар вдали от шумных драйверов двигателей.
• Выбор: Используйте методы HDI (High Density Interconnect) или конструкции Rigid-Flex для складывания платы в корпус.
• Ресурс: Изучите возможности гибко-жестких печатных плат для динамических применений.

5. Бытовая электроника (чувствительная к стоимости)

• Требование: Базовое подключение для устройств умного дома.
• Компромисс: Производительность против цены.
• Выбор: Стандартный FR4 (Tg 130-140), медь 1 унция, стандартная 2-слойная или 4-слойная структура. Контроль импеданса по-прежнему необходим, но допуски иногда могут быть более свободными, если длина кабеля очень мала (<1 м).

6. Высокоскоростная регистрация данных (CAN FD)

• Требование: Обработка фаз данных от 5 Мбит/с до 8 Мбит/с.
• Компромисс: Сложность конструкции против пропускной способности данных.
• Выбор: Рассматривайте это как высокоскоростную печатную плату. Отводы должны быть практически исключены. Переходные отверстия на дифференциальной паре должны быть просверлены насквозь или минимизированы.

В то время как Controller Area Network (CAN)-трансивера (от проектирования до производства)

Переход от выбора к реализации требует дисциплинированного подхода. Используйте этот контрольный список, чтобы убедиться, что ваш дизайн печатной платы CAN-трансивера готов к производству.

1. Проверка стека слоев: Перед трассировкой подтвердите у производителя, что желаемая ширина дорожки обеспечивает дифференциальный импеданс 120 Ом на выбранном стеке слоев.
   • Риск: Потребуется перепроектирование, если дорожки слишком тонкие (не поддаются травлению) или слишком широкие (нарушение пространства).
   • Принятие: Утвержденный производителем лист стека слоев.
2. Стратегия размещения: Разместите микросхему трансивера как можно ближе к разъему.
   • Риск: Длинные дорожки между разъемом и трансивером действуют как антенны для электромагнитных помех.
   • Принятие: Расстояние < 20 мм является хорошей целью.
3. Трассировка дифференциальной пары: Трассируйте CAN_H и CAN_L параллельно друг другу с постоянным расстоянием.
   • Риск: Несоответствия импеданса, вызывающие отражения.
   • Принятие: Визуальный осмотр; отсутствие разделенных плоскостей под парой.
4. Управление отводами: Минимизируйте длину дорожек, соединяющих вывод трансивера с основной шиной (если плата является ответвлением).
   • Риск: Отводы создают отражения сигнала, которые ухудшают глазковую диаграмму.

• Приемлемость: Длины ответвлений должны быть < 0,3 метра (на системном уровне), но ответвления на печатной плате должны быть пренебрежимо малы.

5. Заземление: Обеспечьте сплошную опорную плоскость заземления непосредственно рядом со слоем сигнала.
   • Риск: Плохой обратный путь увеличивает площадь петли и излучаемые помехи.
   • Приемлемость: Сплошная медная заливка без фрагментации под сигналами.
6. Защитные компоненты: Разместите TVS-диоды и синфазные дроссели (CMC) близко к разъему.
   • Риск: Электростатические разряды (ESD) разрушают приемопередатчик.
   • Приемлемость: Компоненты размещены на прямом пути сигнала (без ответвлений к защитным устройствам).
7. Терминация: Если это конечный узел, включите резистор 120 Ом.
   • Риск: Отсутствие терминации приводит к полному отказу шины.
   • Приемлемость: Проверка спецификации (BOM) и проверка посадочного места.
8. Развязывающие конденсаторы: Разместите конденсаторы 100 нФ близко к выводам питания приемопередатчика.
   • Риск: Просадки напряжения во время передачи доминантного состояния.
   • Приемлемость: Конденсатор в пределах 2-3 мм от вывода VCC.
9. Шелкографические обозначения: Четко обозначьте CAN_H, CAN_L и GND.
   • Риск: Ошибки полевой проводки.
   • Приемлемость: Разборчивый текст рядом с разъемом.
10. Проверка DFM: Выполните проверку на технологичность (Design for Manufacturing).
    • Риск: Задержки производства из-за нарушений сверления-к-меди.
    • Приемлемость: Отчет о прохождении из Руководства по DFM.

В то время как Controller Area Network (CAN)-трансиверов (и правильный подход)

Даже опытные инженеры могут упустить из виду детали, которые компрометируют плату приемопередатчика шины. Вот наиболее частые ошибки и способы их устранения.

• Ошибка: Разделение опорной плоскости.
  • Коррекция: Никогда не прокладывайте дифференциальные пары над разрывом в земляной плоскости (например, разделение между аналоговой и цифровой землей). Это нарушает импеданс и создает щелевую антенну. Всегда прокладывайте над сплошным медным слоем.
• Ошибка: Игнорирование опции «Split Termination» (раздельное терминирование).
  • Коррекция: Вместо одного резистора 120Ω используйте два резистора 60Ω, соединенных последовательно с конденсатором на землю посередине. Это действует как фильтр нижних частот для синфазного шума, значительно улучшая характеристики ЭМС.
• Ошибка: Чрезмерное использование переходных отверстий (via).
  • Коррекция: Каждое переходное отверстие добавляет индуктивность и разрыв импеданса. По возможности прокладывайте дифференциальную пару на одном слое от приемопередатчика до разъема.
• Ошибка: Размещение высоких компонентов рядом с разъемом.
  • Коррекция: Держите область вокруг разъема свободной, чтобы обеспечить легкое подключение кабеля и предотвратить механическое напряжение на печатной плате во время установки.
• Ошибка: Неучет баланса меди.
  • Коррекция: Большие дисбалансы меди могут привести к деформации печатной платы во время оплавления, что нагружает паяные соединения приемопередатчика. Убедитесь, что распределение меди относительно равномерно.
• Ошибка: Предположение, что все приемопередатчики CAN имеют одинаковую распиновку.
• Коррекция: Хотя многие являются стандартными (SOIC-8), более новые компактные корпуса (DFN, SOT) или изолированные версии имеют различные распиновки. Всегда проверяйте техническое описание по посадочному месту.

В то время как Controller Area Network (CAN)-трансиверов (стоимость, сроки изготовления, материалы, тестирование, критерии приемки)

В: Как требование к контролю импеданса влияет на стоимость печатной платы CAN-трансивера? О: Контроль импеданса обычно увеличивает стоимость печатной платы на 5-10%. Он требует от производителя проведения TDR-тестов на образцах и потенциальной корректировки ширины дорожек или толщины диэлектрика во время производства для соответствия допуску ±10%.

В: Каков стандартный срок изготовления прототипа печатной платы CAN-шины? О: Для стандартных материалов FR4, APTPCB часто может предоставить услуги Quick Turn PCB в течение 24-48 часов. Если конструкция требует специальных автомобильных ламинатов или толстой меди, сроки изготовления могут увеличиться до 5-7 дней.

В: Могу ли я использовать стандартный FR4 для печатной платы CAN FD? О: Да, стандартный FR4 обычно приемлем для скоростей CAN FD (до 5-8 Мбит/с), при условии плотной компоновки. Однако для очень длинных дорожек или суровых условий могут быть рекомендованы материалы с более низкими тангенсами потерь или более высоким Tg.

В: Какие испытания требуются для приемки этих плат? О: Помимо стандартного электрического тестирования (E-Test) на обрывы и короткие замыкания, следует запрашивать отчеты об измерении импеданса (TDR). Для собранных плат (PCBA) рекомендуется функциональное тестирование цепи (FCT) для проверки фактической связи приемопередатчика.

В: Как мне обращаться с подключением "Земли" на разъеме печатной платы? О: Шина CAN требует заземления для предотвращения превышения пределов приемопередатчика сдвигами синфазного напряжения. Всегда прокладывайте заземляющий провод рядом с CAN_H и CAN_L и предусматривайте надежную заземляющую площадку на печатной плате.

В: В чем разница между печатной платой радиолокационного приемопередатчика и печатной платой приемопередатчика CAN? О: Печатная плата радиолокационного приемопередатчика работает на чрезвычайно высоких частотах (например, 77 ГГц) и требует экзотических подложек (ПТФЭ/керамика). Печатная плата CAN работает на гораздо более низких частотах (диапазон МГц) и сосредоточена на целостности дифференциального сигнала на стандартных ламинатах. Они часто существуют в одном и том же транспортном средстве, но требуют совершенно разных производственных процессов.

В: Каковы критерии приемки для пайки микросхем приемопередатчиков? О: IPC-A-610 Класс 2 является стандартом для промышленности; Класс 3 требуется для автомобильной/аэрокосмической отрасли. Это определяет качество паяного галтеля, подъем пятки и допустимые проценты пустот на выводах приемопередатчика.

В: Имеет ли значение толщина печатной платы для приложений CAN? О: Косвенно. Толщина (например, 1,6 мм против 1,0 мм) влияет на структуру слоев. Если вы меняете толщину платы, вы меняете расстояние между сигнальной и земляной плоскостью, что изменяет импеданс. Вы должны пересчитать ширину дорожек, если меняете толщину платы.

В то время как Controller Area Network (CAN)-трансиверов (связанные страницы и инструменты)

Для помощи в процессе проектирования и закупок используйте следующие инструменты и страницы:

• Расчет импеданса: Используйте Калькулятор импеданса для оценки ширины дорожек для дифференциальных пар 120 Ом перед началом трассировки.
• Выбор материалов: Изучите материалы Isola PCB, если ваше приложение требует высокой термической надежности или специфических диэлектрических свойств.
• Услуги по сборке: Для полного производства под ключ, включая поставку конкретных микросхем трансиверов (NXP, TI, Infineon и т. д.), обратитесь к Сборке под ключ.

В то время как Controller Area Network (CAN)-трансиверов (ключевые термины)

Термин	Определение
Арбитраж	Процесс, посредством которого узлы CAN определяют, какой из них получает право на передачу данных, когда два узла пытаются сделать это одновременно.
CAN_H / CAN_L	Два провода в дифференциальной паре. CAN_H переходит в высокое состояние, а CAN_L — в низкое во время доминантного бита.
Дроссель общего режима	Магнитный компонент, используемый на печатной плате для фильтрации шума, который одинаково проявляется на обеих сигнальных линиях.
Дифференциальная пара	Пара проводников, используемая для передачи дифференциальных сигналов, требующая согласованной трассировки на печатной плате.
Доминантное состояние	Состояние, представляющее логический "0", при котором разность напряжений между CAN_H и CAN_L составляет примерно 2В.
ISO 11898	Международный стандарт, определяющий физический и канальный уровни протокола CAN.
Рецессивное состояние	Состояние, представляющее логическую "1", при котором шина находится в режиме ожидания, и обе линии имеют напряжение примерно 2,5В.
Раздельная терминация	Метод терминации, использующий два резистора и конденсатор для улучшения характеристик ЭМС.
Шлейф	Несогласованное ответвление линии передачи; на печатной плате это длина дорожки от основной шины до вывода трансивера.
TDR (Рефлектометрия во временной области)	Метод измерения, используемый для определения характеристического импеданса дорожек печатной платы.
Трансивер	Устройство, которое преобразует сигналы логического уровня (TX/RX) от контроллера в дифференциальные сигналы шины.
Витая пара	Стандарт кабельной разводки для CAN; на печатной плате это эмулируется плотной параллельной трассировкой.

В то время как Controller Area Network (CAN)-трансиверов

Разработка надежной печатной платы CAN-трансивера требует большего, чем просто соединение контактов; она требует комплексного подхода к целостности сигнала, тепловому управлению и технологичности производства. Независимо от того, создаете ли вы стандартный промышленный контроллер или высокоскоростную печатную плату CAN FD для автомобильных архитектур следующего поколения, физическая компоновка является основой надежности сети.

Чтобы продвинуться в вашем проекте, подготовьте данные для всестороннего DFM-анализа. При запросе коммерческого предложения от APTPCB, пожалуйста, предоставьте:

1. Файлы Gerber: Включая все слои меди, файлы сверления и контур.
2. Требования к стеку: Укажите желаемую толщину платы и целевые значения импеданса (например, 120 Ом дифференциального).
3. Спецификации материалов: Укажите, требуются ли ламинаты с высоким Tg или специальные автомобильные ламинаты.
4. Спецификация сборки (BOM): Если требуется PCBA, перечислите конкретные номера деталей трансиверов для обеспечения совместимости посадочных мест.

Придерживаясь этих рекомендаций и сотрудничая с опытным производителем, вы обеспечите безупречную работу вашей сети CAN на практике.

Related links

• Automotive Electronics PCB
• гибко-жестких печатных плат
• высокоскоростную печатную плату
• Руководства по DFM
• Quick Turn PCB
• Калькулятор импеданса
• Isola PCB