Reti Can e Lin sempre più affidabili

AUTOMOTIVE –

La compatibilità elettromagnetica dei ricetrasmettitori Can e Lin è molto importante per l’affidabilità del nodo e dell’intera rete. I ricetrasmettitori integrati, conformi ai nuovi requisiti e alle nuove specifiche, offrono diverse migliorie operative.

L'elettronica contenuta negli autoveicoli continua ad aumentare a un ritmo incalzante per far fronte alla crescente richiesta di comfort, informazione, intrattenimento e sicurezza e in questo scenario le reti Can (Controller Area Network) e Lin (Local interconnect Network) costituiscono un'infrastruttura ideale per semplificare il cablaggio e offrire scalabilità. Un problema di notevole importanza che i progettisti si trovano a dover risolvere nelle reti intraveicolo, o IVN (In-Vehicle Networks), è garantire il loro funzionamento affidabile pur in un ambiente saturo di segnali elettrici come è un'automobile moderna. Molti ricetrasmettitori Lin e Can richiedono diversi componenti esterni per gestire in maniera efficace i problemi relativi alle interferenze elettromagnetiche e alle scariche elettrostatiche e per garantire un funzionamento affidabile della rete IVN. Ciò può aumentare i costi generali di sistema, la complessità dell'impianto e il numero dei componenti necessari da inserire nel circuito stampato per assolvere le funzioni desiderate. I più recenti ricetrasmettitori integrati, ottimizzati per garantire la compatibilità elettromagnetica senza elementi di protezione esterni, offrono significativi vantaggi in termini di utilizzo e di prestazioni. Questo articolo tratta dei ricetrasmettitori integrati per reti IVN e include i risultati delle prove Emc ed Esd, evidenziando le prestazioni attese dalla rete per la quale in passato si richiedeva l'utilizzo di bobine di modo comune e di altri componenti esterni per la protezione Esd. La possibilità di utilizzare un ricetrasmettitore senza questi dispositivi non solo apporta una consistente riduzione dei costi generali, ma contribuisce anche a prevenire transitori indesiderati che potrebbero compromettere l'affidabilità del sistema.

Coesistenza tra Can e Lin
Il bus Lin è un protocollo economico per la trasmissione di dati seriali a bassa velocità, valido per applicazioni meccatroniche remote come serrature, specchietti e sedili regolabili elettricamente all'interno di un autoveicolo. È l'ideale per funzioni di comfort a bassa velocità di trasmissione in cui il tempo non è un fattore cruciale. Il protocollo Lin è una buona alternativa al protocollo Can nei casi in cui il contenimento dei costi è importante e il rapporto velocità/banda non è essenziale. Il bus Lin può integrarsi nella rete Can esistente per formare un sistema di controllo gerarchico all'interno dell'autoveicolo.

Problemi di interferenza elettromagnetica
In vetture di fascia medio-bassa, il costo della parte elettronica può rappresentare dal 25% al 30% circa del costo totale del veicolo. In alcune vetture di fascia alta, molto confortevoli, superaccessoriate e supersicure, il costo dell'elettronica può arrivare a circa il 50%. La percentuale sale ancora nei veicoli elettrici e nei veicoli ibridi, soluzioni sempre più preferite per motivazioni ambientali, ma anche di tipo economico, considerata la continua crescita dei prezzi dei carburanti tradizionali. Con l'aumento dei moduli e sistemi elettronici all'interno dell'autoveicolo, il problema della compatibilità elettromagnetica diventa sempre più complesso e significativo e va affrontato in maniera efficace se si desidera ottenere una comunicazione affidabile tra le varie centraline elettroniche presenti. I bus Can e Lin rappresentano il cuore della rete di comunicazione di un autoveicolo e quindi il loro funzionamento è alla base delle prestazioni generali dell'elettronica di bordo. Un tipico circuito Can comprende un ricetrasmettitore, una bobina di modo comune e componenti esterni supplementari di protezione Emi ed Esd. Un nodo Lin non richiede una bobina di modo comune, però richiede dei componenti esterni in grado di gestire efficacemente le scariche elettrostatiche. I ricetrasmettitori forniscono l'interfaccia tra la rete Can o Lin e il bus fisico. L'interferenza di modo comune è strettamente collegata ai problemi di compatibilità elettromagnetica del ricetrasmettitore. I processi tecnici e produttivi dei ricetrasmettitori di precedente generazione richiedevano una bobina di modo comune - un dispositivo il cui costo rappresenta quasi il 13% del costo totale del nodo del bus. Sebbene le bobine di modo comune contribuiscano ad ottenere una buona compatibilità elettromagnetica, le loro caratteristiche induttive possono provocare diversi problemi all'interno della rete. Si tratta di problemi principalmente legati alla tolleranza ai cortocircuiti e che possono ridurre l'affidabilità generale del sistema.

Soluzioni Can e Lin di tipo integrato
I ricetrasmettitori Can integrati hanno un'ampia dinamica di tensioni di ingresso di modo comune che fornisce loro un'eccellente suscettività elettromagnetica. Le emissioni elettromagnetiche vengono tipicamente tenute basse grazie a un eccellente adattamento dei segnali di uscita e all'impiego di una bobina di modo comune. Dispositivi come il ricetrasmettitore Can integrato NCV7340 di ON Semiconductor riducono la necessità di una bobina esterna di modo comune, prevenendo i problemi operativi citati. I ricetrasmettitori NCV7340 e NCV7321 presentano inoltre una buona robustezza, con una tolleranza alle scariche elettrostatiche fino a ±15 kV e una protezione termica integrata. La compatibilità con lo standard Iso 11898 e con gli standard dei produttori garantisce per i nuovi progetti le stesse prestazioni dei ricetrasmettitori Can integrati. È inoltre possibile risparmiare sui costi, perché non sono più necessari bobina, diodi zener per la protezione della sovratensioni o altri componenti che in precedenza erano richiesti per garantire l'affidabilità funzionale di un nodo. Il maggiore contenuto di elettronica e gli effetti del consumo di elettricità sul consumo di carburante hanno rafforzato l'esigenza di massimizzare l'efficienza energetica. Ricetrasmettitori integrati come i modelli NCV7340 (Can) e NCV7321 (Lin) di ON Semiconductor soddisfano questa esigenza, con bassissime correnti di stand-by e di “sleep” (inferiori a 10 µA in modalità di “sleep”). Questi dispositivi garantiscono inoltre l'assenza di disturbi sulle linee del bus generati da un nodo non alimentato. La robustezza elettrica generale è un altro requisito importante, visto l'elevato numero di funzioni concentrate nello spazio relativamente piccolo di un'autovettura. È quindi importante che i pin di bus dei ricetrasmettitori siano ben protetti dai transitori di tensione e dagli impulsi ISO7637 piuttosto comuni in un ambiente critico come quello dell'autoveicolo.

Prove Emc ed Esd
Il dispositivo NCV7340 di On Semiconductor ha superato diversi test di conformità eseguiti da diversi costruttori Oem. L'azienda possiede le risorse necessarie per valutare efficacemente l'interferenza elettromagnetica e le scariche elettrostatiche; ecco alcuni risultati di questi test. Nel test Esd, si utilizza un simulatore di scariche elettrostatiche con circuito di scarica: R = 330 Ω, C = 150 pF (DIN EN 61000-4-2); fino a 15 kV, si utilizzano tensioni intervallate da 1 kV, oltre i 15 kV si utilizzano le tensioni 20, 25, 30 kV. Le tensioni di scarica elettrostatica ai contatti CanH e CanL sono attualmente dell'ordine dei 6 kV. L'NCV7340 può sopportare più di 15 kV, ossia il suo impiego in un nodo Can evita la necessità di uno zener esterno soppressore di transitori di tensione (TVS), senza compromettere l'affidabilità del bus Can. La compatibilità elettromagnetica è un altro parametro importante per i produttori di automobili. ON Semiconductor ha misurato le emissioni elettromagnetiche del dispositivo NCV7340 senza bobina. Da 0,1 a 30 MHz la risoluzione spettrale è di 10 kHz, da 30 a 1000 MHz la risoluzione spettrale è di 100 kHz. È stato aggiunto un segnale a 250 kHz con duty cycle del 50% sui pin TX e RX pin. Dal risultato del test, possiamo ottenere una visione molto chiara del fatto che in assenza della bobina, la compatibilità elettromagnetica del dispositivo NCV7340 è paragonabile o persino superiore ai livelli ottenuti da altri ricevitori Can che utilizzano una bobina di arresto di modo comune.

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