Layout EMV / CAN-Bus & TVS-Dioden

[Tilo R. (joey5337)]

Hallo Forumsexperten,

Ich habe mir Application Notes zum Layout rund um TVS-Dioden angeschaut. 
Neben den üblichen Layout-Regeln war ein Punkt, Schutzdioden möglichst 
nah an den IO-Konnektor zu machen. Den IC, wo der IO dann hinsoll aber 
möglichst weit weg.
Klingt vollkommen logisch, weit weg ist aber aus Platzgründen halt nur 
eingeschränkt möglich.


Im konkreten Fall will ich einen CAN-Bus "sicher" anbinden.
Vorab: die Platine wird vermutlich nie ein EMV-Labor sehen, die 
Überlegungen hier sind also l'art pour l'art. Trotzdem: die Platine 
kommt in eine Verteilung und der CAN-Bus läuft etliche Meter lang neben 
haushaltsüblichen Stromleitungen. Ich will das robust und professionell 
haben. Nur weil ich mal einen Wollpullover anhabe oder ein Blitz in der 
Nachbarschaft einschlägt soll das Gerät nicht gleich kaputt gehen.


So jetzt zum angehängten Platinenausschnitt:
links sind 2 Stecker, über die Strom und der CAN-Bus kommt.
U$1 sind TVS-Dioden für den CAN-Bus (konkret: NUP2105L von ON 
Semiconductor). IC2 ist der CAN-Transceiver.

Mit Mühe habe ich ein paar Millimeter Abstand gefunden und mir deswegen 
überlegt, die Anbindung mit ein paar Schlangenlinien zu Verlängern.
Man sagt ja, jeder mm hat sein nH und die Induktivität könnte ich sicher 
abschätzen. Aber gibt es auch Faustregeln zur EMV-Wirksamkeit?

Bringt das so überhaupt was oder ist das im wesentlichen nur Einbildung?

viele Grüße, Tilo

[Chris R. (hownottobeseen)]

Hallo Tilo,

Vorneweg: das Mäandern der CAN-Leitungen halte ich für Unsinn. Wenn du 
etwas gutes machen willst, pack eine passende Common Mode-Choke rein. 
Von der Platzierung von U$1 sollte die Masse gut und möglichst nah an 
den Massen der Stecker sein, gleichzeitig sollte das Signal vor der TVS 
bisschen mehr Abstand von den "bereinigten" Leitungen (deine Mäander) 
haben.
Gefährliches Halbwissen: Massefläche außenrum, damit ein etwaiger Funke 
dort hin springen kann.

Was machen U$2 und U$4?

Wozu der Einschnitt an U$4?

In manchen Designs sind zumindest Footprints für schwache 
AC-Terminierung von CANH und CANL jeweils über einen gemeinsamen C nach 
Masse. Wie sinnvoll das für deine Anwendungen ist, keine Ahnung.

Noch etwas anderes: willst du deine ISP-Buchse tatsächlich auf Top? Das 
wird nen ziemliches Paket ;) Auf Bot hast du so wie es aussieht genauso 
platz, auch wenn das Routing wahrscheinlich unpraktischer ist.

HTH

Chris

[Tilo R. (joey5337)]

Danke für die Einschätzung.


Das mit der Massefläche außenrum habe ich vielleicht nicht ganz 
verstanden. Es sollte hier aber ok sein, die so nah an den Rand zu 
machen. Die Platine kommt in ein isolierendes Hutschienengehäuse, da 
sollte nichts passieren.


U$4 ist eine Polyfuse, U$2 eine unipolare TVS-Diode.
Die bringen mir Überspannungs- und Verpolungsschutz. Mit dem Einschnitt 
will ich sicher stellen, dass die 12V-Versorgung auf jeden Fall zuerst 
an der TVS-Diode vorbei muss.


Zur ISP-Buchse, ja die ist riesig. Aber auf TOP ist Platz und da komm 
ich auch im eingebauten Zustand noch hin.


Den CAN-Bus terminieren will ich eigentlich nicht auf dem Board.
Ich schau mal ob ich vielleicht doch eine Common-Mode-Drossel 
draufmachen will, bisher hatte ich mich dagegen entschieden. Von der 
Störfestigkeit her brauch ich die auf jeden Fall nicht, mein CAN wird 
schnarchlahm.

[Chris R. (hownottobeseen)]

Tilo R. schrieb:
> U$4 ist eine Polyfuse, U$2 eine unipolare TVS-Diode.

Ok, du hast also Top = Versorgung und Bot = GND. Da die Versorgung 
offenbar aus dem CAN kommt und auch wenn das Teil nicht durch die EMV 
muss - seh mal Filterung und Glättung vor. Gibt es lokale 
Spannungsregler?

Von Versorgung auf Top und Masse auf Top kann man halten was will. Habe 
es zwar auch schon gemacht aber sehe es mittlerweile eher als Gefahr, 
wenn man kurz mal mit dem Oszi proben will. Versorgung über das Scope an 
PE und irgendwas fängt an zu stinken.

> Den CAN-Bus terminieren will ich eigentlich nicht auf dem Board.

Deswegen nur eine schwache Terminierung (im kOhm-Bereich) und im Sinne 
von CANH <-> Widerstand <-> Knoten <-> Widerstand <-> CANL. Am Knoten 
zusätzlich ein C von ein paar nF gegen GND. Habe es nie tiefer 
hinterfragt, aber in der Industrie ist das recht üblich.

Deine U$2 hat recht dünne Leiterbahnen zu den Vias, entweder aufdicken 
oder gleich ein Polygon draufsetzen. Als Verpolungsschutz kann man das 
machen, aber es ist eben doch mit der Brechstange. mit P-FET, Diode und 
Widerstand hast du wahrscheinlich mehr Freude (siehe Verpolungsschutz im 
Wiki), auch wenn die Schaltungen ein paar wenige Tücken haben.

HTH

Chris

[Tilo R. (joey5337)]

Chris R. schrieb:
> Ok, du hast also Top = Versorgung und Bot = GND. Da die Versorgung
> offenbar aus dem CAN kommt und auch wenn das Teil nicht durch die EMV
> muss - seh mal Filterung und Glättung vor. Gibt es lokale
> Spannungsregler?

Jein, Top ist die 12V-Versorgung. Es gibt einen 3.3V-Schaltregler mit 
500kHz oben rechts (R24 ist der Feedback-Widerstand). Die saubere 
3.3V-Spannung hat ja wenig mit den (schmutzigen) 12V zu tun, deshalb 
gibt es um den uC, den CAN-Treiber etc. auch keine 12V.
Wo die 12V verwendet werden ist immer nochmal gefiltert, vor dem 
Schaltregler ja sowieso. Ich habe noch Relaistreiber, da steht ein gut 
angebundener 10uF Keramikkondensator. Ansonsten noch ein OP und etwas 
Kleinzeug, da habe ich mich jeweils mit 100nF begnügt.


> Von Versorgung auf Top und Masse auf Top kann man halten was will. Habe
> es zwar auch schon gemacht aber sehe es mittlerweile eher als Gefahr,
> wenn man kurz mal mit dem Oszi proben will. Versorgung über das Scope an
> PE und irgendwas fängt an zu stinken.
Guter Punkt!


>> Den CAN-Bus terminieren will ich eigentlich nicht auf dem Board.
>
> Deswegen nur eine schwache Terminierung (im kOhm-Bereich) und im Sinne
> von CANH <-> Widerstand <-> Knoten <-> Widerstand <-> CANL. Am Knoten
> zusätzlich ein C von ein paar nF gegen GND. Habe es nie tiefer
> hinterfragt, aber in der Industrie ist das recht üblich.
Ok, verstanden.

> Deine U$2 hat recht dünne Leiterbahnen zu den Vias, entweder aufdicken
> oder gleich ein Polygon draufsetzen.
Danke!
> Als Verpolungsschutz kann man das
> machen, aber es ist eben doch mit der Brechstange. mit P-FET, Diode und
> Widerstand hast du wahrscheinlich mehr Freude (siehe Verpolungsschutz im
> Wiki), auch wenn die Schaltungen ein paar wenige Tücken haben.
Ja, die Schaltung kenne ich und das hatte ich mir sogar überlegt. Das 
war mir aber zu mühsam, dafür dass ich die Schaltung ohnehin nie 
brauchen sollte. Im Notfall ist die Brechstange ok :-)

Danke soweit, du hast mir geholfen.