Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Differentieller Bus - müssen Signalleitungen und GND nah beeinander liegen?


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von Max Mustermann (Gast)


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Hallo zusammen,
ich entwerfe Elektronik für gerade ein leistungselektronisches System 
und habe eine Frage zum CAN Bus mit dem einzelne Komponenten verbunden 
werden sollen. Ich beschreibe mal das System:
Alle Busteilnehmer sitzen innerhalb eines Metallgehäuses mit weniger als 
50x50x50cm Kantenlänge. Das Gehäuse ist galvanisch getrennt von allen 
Busteilnehmern im Gehäuse, später wird jedoch außerhalb de Gehäuses der 
Rückleiter der DC Spannungsversorgung mit dem Gehäuse verbunden. 
Innerhalb des Gehäuses sitzen diverse Leistungsmodule, die alle von der 
gleichen DC Eingangsspannung versorgt werden. Die GND Potentiale aller 
Busteilnehmer sind damit durch die Kabel zur Spannungsversorgung 
miteinander verbunden und werden je nach Stromfluss nur höchstens 100mV 
DC auseinander liegen. Wie groß die Spannungsdifferenz bei großen 
Laständerungen werden kann weiß ich nicht. Die Module sollen per CAN 
miteinander kommunizieren. Die CAN und Spannungsversorgunsleitungen sind 
nicht im gleichen Kabelstrang und kommen auch an unterschiedlichen 
Seiten der Platine an.
Meine Frage ist nun Folgende: Wenn ich mit den CAN Leitungen noch eine 
Leitung mit GND verlege würde ein Teil des Zuleitungsstrom darüber 
fließen, das kann ich daher nicht machen. Wenn ich diese Verbindung aber 
weglasse ist die GND Leitung alles andere als nah an den Signalleitungen 
verlegt und es bildet sich eine große Schleife zwischen CAN 
Signalleitungen und GND Leitung, allerdings nur für common mode 
Störungen. Die "nummer sicher Lösung" wäre es aus meiner Sicht einen 
isolierten CAN Transceiver zu verwenden. Aber ist das nötig? Da CAN ja 
ein differenzieller Bus ist sollte die hohe common mode Impedanz ja 
eigentlich kein Problem sein?

Viele Grüße,
Max

von MCUA (Gast)


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differenzielle Übertragung an sich benötigt kein GND. (den kann man 
ggfs. zusätzl. für Schirm usw benutzen)
CAN ist sowiso sehr langsam.

von HildeK (Gast)


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Max Mustermann schrieb:
> Meine Frage ist nun Folgende: Wenn ich mit den CAN Leitungen noch eine
> Leitung mit GND verlege würde ein Teil des Zuleitungsstrom darüber
> fließen, das kann ich daher nicht machen.

Machen kannst du das trotzdem. Wenn du nur einseitig diese Leitung an 
GND anbindest, dann fließt auch kein anderer Strom darüber.
Nötig ist es vermutlich nicht.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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MCUA schrieb:
> differenzielle Übertragung an sich benötigt kein GND.
In der Theorie nicht. Aber die ICs, die praktisch an dieser Übertragung 
beteiligt sind, brauchen diesen verbundenen GND. Denn deren 
Eingangspotenziale beziehen sich im Datenblatt immer auf den GND.

Max Mustermann schrieb:
> Wenn ich diese Verbindung aber weglasse ist die GND Leitung alles andere
> als nah an den Signalleitungen verlegt und es bildet sich eine große
> Schleife zwischen CAN Signalleitungen und GND Leitung, allerdings nur
> für common mode Störungen.
Du könntest ja einen Schirm um die Signalleitungen machen und den nur 
einseitig auflegen. Die "Signalmasse" ist ja wie die Versorgungsmasse 
erstmal nur um 100mV versetzt. Je nach Stromfluss kann das dann mehr 
werden, aber so lange der Gleichtaktbereich des CAN-Transceivers nicht 
verletzt wird, bist du im grünen Bereich.

von MCUA (Gast)


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> Aber die ICs, die praktisch an dieser Übertragung
> beteiligt sind, brauchen diesen verbundenen GND.
Jedes aktive IC braucht in irgent einer Art einen GND.

von HildeK (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> In der Theorie nicht. Aber die ICs, die praktisch an dieser Übertragung
> beteiligt sind, brauchen diesen verbundenen GND. Denn deren
> Eingangspotenziale beziehen sich im Datenblatt immer auf den GND.

In der Praxis auch nicht immer zwingend. Wenn die untere Grenzfrequenz 
einer differentiellen Datenübertragung ausreichend hoch ist, kann man 
kapazitiv abtrennen und den Gleichtaktpegel am Empfänger wieder 
herstellen. Das wird bei CAN-Nachrichten mit Pausen dazwischen jedoch 
nicht zutreffen.

So wie ich ihn verstanden hatte, ist selbstverständlich eine 
GND-Verbindung vorhanden. Ihm ging es nur um die Effekte einer zweiten 
GND-Leitung nahe der CAN-Signale, die dann auch einen Teil des 
Versorgungs-GND wäre.
Eine einseitige Anbindung ist dein und war auch mein Lösungsvorschlag.

von Gustl B. (-gb-)


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Dazu wurde mir hier im Forum mal ein Video empfohlen das ich leider 
nicht wieder finde. Da ging es um die GND Lage unter einem LVDS Paar.

Aber ich habe das hier gefunden:
https://youtu.be/icRzEZF3eZo?t=1977
Da sieht man, dass abhängig vom Abstand zwischen dem Paar und der GND 
Lage mehr oder weniger viel Strom auch in dieser GND Lage fließt.

von MCUA (Gast)


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Klar fliesst durch GND Lage der Strom, den das angeschlossene Modul (die 
ICs usw) benötigt.
Das sollte aber nichts mit der mech. Lage zu tun haben (Ausnahme evtl. 
Ableitstrom weg. Schirmwirkung).

von Georg (Gast)


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Gustl B. schrieb:
> Da sieht man, dass abhängig vom Abstand zwischen dem Paar und der GND
> Lage mehr oder weniger viel Strom auch in dieser GND Lage fließt.

Das ist aber nicht das Problem des TO, der redet von Leitungen und nicht 
von Leiterplatten. Und auch bei LP mit einer GND-Lage fliesst je nach 
Geometrie zwar ein Strom, aber quer zur Leitungsrichtung den kurzen Weg 
von einer Leitung zur anderen - v.a. wenn der Abstand der Leitungen 
gross und der Abstand zur GND-Lage klein ist. Normalerweise ist das 
nicht relevant und für ein GND-Kabel sowieso nicht zutreffend.

Georg

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