Analysen zur Störfestigkeit von PLC im Vergleich zu LINBussystemen für Kfz-Anwendungen

Abstract

Zur kostensparenden Übertragung von zeitunkritischen kleineren Datenmengen wird in Kraftfahrzeugen häufig der LIN Bus eingesetzt. Dieses Bussystem zeichnet sich durch eine relativ hohe Robustheit gegenüber Störungen aus [1]. Als Übertragungsmedium wird eine eigene Leitung verwendet. Um diese Leitung einzusparen, können auch die Stromversorgungsleitungen (Power Line Communication PLC) als Übertragungskanal genutzt werden [2][3]. Die Datenübertragung erfolgt dabei meist mit modulierten Signalen im MHz Bereich. Eine Herausforderung bei dieser Technologie ist es, eine hohe Störfestigkeit bei geringer Sendeleistung zu erreichen. Für LIN-Transceiver existieren standardisierte Verfahren zum Testen der Störfestigkeit [4]. Solche Tests bilden indirekt die auftretenden Störgrößen innerhalb einer Fahrzeugumgebung nach. Störungen, die durch Einkopplung von elektromagnetischen Feldern in Leitungen verursacht werden, werden mit CW(Continous Wave) und AM(Amplitude Modulation) Signalen reproduziert. Innerhalb des Fahrzeugbordnetzes auftretende, pulsförmige Störungen, üblicherweise hervorgerufen durch Schaltaktionen der angeschlossenen Verbraucher, werden durch normierte Pulsformen nachgebildet [5]. Die genannten Störsignale werden bei einem LIN-Transceiver Test über eine kapazitive Kopplung direkt (DPI – Direct Power Injection), z.B. in die Datenleitung, eingespeist. Zur Analyse der Störempfindlichkeit der Transceiver werden in der Regel Jitter und Pegel des digitalen RxD Ausgangs bewertet. Die Datenübertragung auf dem LIN Bus erfolgt im Basisband mit Spannungspegeln zwischen 0 V und 12 V. Die hohen Spannungspegel führen zu einer hohen Störfestigkeit dieses Systems. Zusätzlich kann aufgrund der niedrigen Frequenzen die LIN Störfestigkeit durch die Verwendung von Entstörkapazitäten direkt an den Eingangspins der Transceiver gesteigert werden. Die PLC Datenübertagung erfolgt in einem höheren Frequenzband als bei LIN. Hier muss die Spannungsamplitude des Datensignals wesentlich geringer sein, da bei höheren Frequenzen die Leitungen als Antennen fungieren und Leistung abstrahlen, die zur Störung anderer Systeme in unmittelbarer Umgebung führen kann. In [6] wurden bereits verschiedene Modulationsverfahren mit simulationsbasierten EMV Tests untersucht und mit Messungen an einem PLCTransceiver verglichen. Dort hat sich herausgestellt, dass Probleme bei PLC Datenübertragungssystemen im Wesentlichen bei der Trägerfrequenz auftreten. Die Datenübertragung lässt sich bereits durch geringste Störspannungsamplituden im Frequenzband der Übertragung stören. In dem vorliegenden Beitrag sollen die beiden Datenübertragungssysteme, LIN und eine Realisierungsmöglichkeit für PLC, und ihr Störausfallverhalten vergleichend gegenübergestellt werden. Für die Vergleichbarkeit wird die bereits erwähnte LIN Testspezifikation verwendet. Oft werden für simulationsbasierte Störfestigkeitstests Störausfallkennlinien messtechnisch erfasst und in größeren Simulationsmodellen verwendet [7][8]. Die innere Struktur von Transceivern ist meistens nicht offengelegt und wäre auch für eine exakte Modellierung auf Transistorebene zu komplex. Für die Analyse werden in diesem Beitrag Modelle erstellt, die eine mögliche funktionelle Architektur der Transceiver nachbilden. Mit Hilfe der Modelle sollen die grundsätzlichen Schwachstellen der PLC Technologie gegenüber LIN aufgezeigt und Optimierungspotenziale analysiert werden. Dazu werden in Abschnitt 2 zunächst die Modelle vorgestellt. In Abschnitt 3 wird der, unter Einhaltung der Vorgaben der Testspezifikation, durchgeführte Störfestigkeitstest erläutert und in Abschnitt 4 die daraus resultierenden Ergebnisse gezeigt und mit Störfestigkeitsmessungen eines LINTransceivers verglichen. Aus den gewonnenen Ergebnissen werden in dem darauffolgenden Abschnitt 5 Optimierungen an den PLC-Transceiver-Modellen vorgenommen, um vergleichbare Störausfallschwellen wie bei LIN zu erzielen. Schließlich folgt eine Zusammenfassung und Diskussion der gewonnenen Erkenntnisse.