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BMS菊花链技术探讨(二)

2019-12-28  上下求索_...

2.通信转换芯片和差分信号传输方式

CAN总线和菊花链的通信转换芯片在与微控制器通信端是比较相似的,CAN总线转换芯片在这端也是TTL的电平信号,与SPIUART没什么本质区别。很多微控制器上的CAN接口与UART接口是共用的。区别在转换成的差分信号。

首先来看CAN总线上的差分信号。CAN总线采用的是数字差分信号,其对接收信号的幅度范围很宽,对于信号信号线上的干扰容忍度很高。CAN转换芯片可以完成物理层和数据链路层的功能,微控制器只需要负责应用层。

4 CAN总线信号波形

菊花链也采取的是差分信号通信,但转换芯片做的更多的是将SPI或者UART信号转换成脉冲相位调制信号(PPM)。其将SPI或者UART信号的10转换成相位相反的正弦波信号,或者相反的转换。从下图中可以看出,这是一种本质为模拟信号的传输方式。其对信号的判定依赖于信号相位的明显区分。当信号线上存在较强干扰时,正弦波的形变可能产生严重畸变,波形的严重变形,有可能导致芯片判断错误。

5 菊花链的通信转换芯片工作方式

3.EMC性能

在辐射发射方面,CAN总线因为是数字信号,其信号波形为方波,在其上升和下降沿存在很多高频的谐波分量,这些信号往往是对外辐射最严重的辐射源。在设计中,通常在CAN接口处增加共模扼流圈,降低共模信号的能量,而对通信用的差模信号无影响。

菊花链采用的是正弦信号传输,其辐射发射天然具有优势,理论上在辐射发射方面比CAN总线性能会更好。

对于通信总线,我们更看重其抗干扰能力。从前面的分析看出,菊花链在抗干扰方面可能存在挑战。EMC抗扰的测试,对于菊花链通信链路可以采用BCI(大电流注入)的测试方法。对于相关芯片,如AFE可以额外增加DPI(直接射频功率注入)的测试方法,在芯片引脚直接注入射频信号,测试其抗扰度。

 这方面我们可以参考一下电动汽车一哥特斯拉的一些做法。在菊花链应用上,特斯拉有过一个专利,其在菊花链通信链路上采用了多信道的通信方式。我们现在看到的菊花链应用,都是采用了一个频率的正弦波传输。在EMC干扰方面,一个信号会被与它频率接近信号(或谐波)所干扰。这个设计在链路上叠加了两个不同频率的信号,在接收端通过分频和滤波,由两个独立信道接收。这样两个信道是冗余的,当某一个信道发生故障时,另一个完全可以继续工作。这个设计很有创意,对通信的可靠性和抗干扰性有极大提高。(但是对芯片设计提出了很高要求啊,得处理两个不同频率的信号。。。)

6 特斯拉在菊花链应用上的专利

无论哪种测试,其测试的干扰功率都根据标准会有一个限值。这个限值通常是跟其他EMC标准的规定相对应,比如对车用电子器件的辐射发射和辐射传导信号功率限值。那么这些测试隐含着一个前提是整车上其他电子部件需要符合相应的EMC标准。汽车相对来说是个比较独立的个体,其EMC干扰大部分情况是各部件之间的互相影响。我们在评估一个新技术的时候,一定要在合理的环境和前提下进行。目前我们的情况可能并不是所有部件都在严格符合相关标准,在这种情况下,如果要求菊花链无限承受EMC干扰也是不现实的(比如电机存在严重的电流反串干扰)。

(完)

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