在CAN節點的設計中(zhōng)，我(wǒ)們通常爲了總線的通訊更爲可靠，爲CAN接口增加各種器件，但實際并非所有應用都需要，過多防護不僅增加成本，而且器件的寄生(shēng)參數必然影響信号質量。本文将簡單介紹共模電感用于總線的作用。
我(wǒ)們在實際應用中(zhōng)看到許多CAN産品會使用共模電感，但在常規測試中(zhōng)卻看不到它對哪一(yī)項指标有明顯改善，反而影響波形質量。
許多工(gōng)程師爲了以防萬一(yī)，确保可靠，會對CAN增加全面外(wài)圍電路。CAN芯片已經有很好的抗靜電，瞬态電壓能力，有些收發器本身也有很好的EMC性能，我(wǒ)們在應用中(zhōng)可根據設計要求逐個增加防護、濾波等外(wài)圍。
對于CAN總線要不要加共模電感，我(wǒ)們主要從電磁兼容方面考慮。
一(yī)、共模電感先介紹共模幹擾。圖1、圖2分(fēn)别給出了差模和共模幹擾及其傳輸路徑。圖中(zhōng)的驅動器及接收器爲差分(fēn)信号傳輸，類似CAN總線。差模幹擾産生(shēng)于兩條傳輸線之間，共模幹擾則在兩條線中(zhōng)同時産生(shēng)，其電勢是以地爲參考。
圖1. 差模幹擾及傳輸路徑
圖2. 共模幹擾及傳輸路徑
共模電感是在一(yī)個磁環的上下(xià)兩個半環上，分(fēn)别繞制相同匝數但繞向相反的線圈。共模幹擾是相同的，所以在磁環中(zhōng)形成的磁力線相互疊加，電感阻抗大(dà)從而起到衰減幹擾的作用。對于差模信号在磁環中(zhōng)形成的磁力線是相互抵消的，并沒有抑制作用，僅有線圈電阻及很小(xiǎo)的漏感對差模信号有略微影響。
共模電感本質上是一(yī)個雙向濾波器，一(yī)方面濾除信号線上的共模信号幹擾，另一(yī)方面抑制信号線本身不向外(wài)發出電磁幹擾。圖2中(zhōng)的幹擾信号則能很好地被共模電感抑制，而差分(fēn)信号則幾乎無影響。
二、CAN總線特性CAN收發器内部CANH、CANL分(fēn)别爲開(kāi)源，開(kāi)漏輸出形式，驅動電路如圖3所示。這種方式可以使總線輕松實現顯性電平的驅動，而隐性電平則通過終端電阻放(fàng)電來實現。
圖3. CAN收發器驅動電路
總線固有的差分(fēn)傳輸形式使得CAN對于共模幹擾有很好的抑制能力，如圖4所示。通過CANH、CANL相減可很好地消除來自外(wài)部的共模幹擾，但CANH、CANL并非理想對稱，快速上升的跳變沿，這些均會帶來EMC問題。
我(wǒ)們通過示波器看總線波形很完美，測試靜電，EFT，浪湧，傳導騷擾抗擾均無異常。但測試傳導發射，則不能滿足限值要求，看起來很正常的總線實際卻向外(wài)在發送傳導幹擾。
圖4. CAN傳輸波形
三、爲什麽要加共模電感？對于CAN接口的EMC問題，除了選用更好性能，符号要求的CAN收發芯片，另一(yī)種簡單的方法就是對CAN接口增加外(wài)圍，共模電感是一(yī)種很好的選擇。在現有汽車(chē)電子CISPR 25标準中(zhōng)，對傳導騷擾限值有很嚴格要求。許多CAN收發器均會超過限值。
如圖5所示，分(fēn)别爲按照車(chē)規限制測試增加和不加共模電感的CAN接口傳導騷擾，共模電感值爲51μH，可以看到在各個頻(pín)段下(xià)對噪聲改善較爲明顯，測試結果仍有很大(dà)裕量。
圖5. 傳導騷擾測試
共模電感對降低傳導騷擾有明顯作用，可幫助我(wǒ)們快速通過測試要求，滿足現有汽車(chē)用要求，但總線增加共模電感也會帶來兩個問題：諧振和瞬态電壓。
共模電感不可避免地會有寄生(shēng)電感，直流電阻，考慮總線節點數，通信距離(lí)等因素，會引起諧振，影響總線信号質量，如圖6所示，綠色波形爲增加共模電感的總線波形，信号下(xià)降沿已有明顯的諧振。
另外(wài)，共模電感感量較大(dà)，且直接節在收發器接口，實際應用中(zhōng)出現短路，熱插拔等狀态會使共模電感兩端産生(shēng)瞬态高壓，嚴重時會直接損壞收發器。
圖6. 增加共模電感的CAN波形
四、總結共模電感用于總線的優缺點較爲明顯，它可以濾除信号線的共模電磁幹擾，衰減差分(fēn)信号高頻(pín)部分(fēn)，抑制CAN接口自身向外(wài)發出的電磁幹擾，在傳導騷擾方面有很好地改善作用，但應用仍要考慮其帶來的諧振與瞬态電壓，這些在長距離(lí)，多節點通訊中(zhōng)對總線信号質量是不利的，對于一(yī)般工(gōng)業應用對傳導發射并無嚴格要求，因此可不增加共模電感。
文章來源：21ic電子網公衆号
