在CAN節點的設計中(zhōng)，我們通常為(wèi)了總線(xiàn)的通訊更為(wèi)可(kě)靠，為(wèi)CAN接口增加各種器件，但實際并非所有(yǒu)應用(yòng)都需要，過多(duō)防護不僅增加成本，而且器件的寄生參數必然影響信号質(zhì)量。本文(wén)将簡單介紹共模電(diàn)感用(yòng)于總線(xiàn)的作(zuò)用(yòng)。

我們在實際應用(yòng)中(zhōng)看到許多(duō)CAN産(chǎn)品會使用(yòng)共模電(diàn)感，但在常規測試中(zhōng)卻看不到它對哪一項指标有(yǒu)明顯改善，反而影響波形質(zhì)量。

許多(duō)工(gōng)程師為(wèi)了以防萬一，确保可(kě)靠，會對CAN增加全面外圍電(diàn)路。CAN芯片已經有(yǒu)很(hěn)好的抗靜電(diàn)，瞬态電(diàn)壓能(néng)力，有(yǒu)些收發器本身也有(yǒu)很(hěn)好的EMC性能(néng)，我們在應用(yòng)中(zhōng)可(kě)根據設計要求逐個增加防護、濾波等外圍。

對于CAN總線(xiàn)要不要加共模電(diàn)感，我們主要從電(diàn)磁兼容方面考慮。

一、共模電(diàn)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)的驅動器及接收器為(wèi)差分(fēn)信号傳輸，類似CAN總線(xiàn)。差模幹擾産(chǎn)生于兩條傳輸線(xiàn)之間，共模幹擾則在兩條線(xiàn)中(zhōng)同時産(chǎn)生，其電(diàn)勢是以地為(wèi)參考。



共模電(diàn)感是在一個磁環的上下兩個半環上，分(fēn)别繞制相同匝數但繞向相反的線(xiàn)圈。共模幹擾是相同的，所以在磁環中(zhōng)形成的磁力線(xiàn)相互疊加，電(diàn)感阻抗大從而起到衰減幹擾的作(zuò)用(yòng)。對于差模信号在磁環中(zhōng)形成的磁力線(xiàn)是相互抵消的，并沒有(yǒu)抑制作(zuò)用(yòng)，僅有(yǒu)線(xiàn)圈電(diàn)阻及很(hěn)小(xiǎo)的漏感對差模信号有(yǒu)略微影響。

共模電(diàn)感本質(zhì)上是一個雙向濾波器，一方面濾除信号線(xiàn)上的共模信号幹擾，另一方面抑制信号線(xiàn)本身不向外發出電(diàn)磁幹擾。圖2中(zhōng)的幹擾信号則能(néng)很(hěn)好地被共模電(diàn)感抑制，而差分(fēn)信号則幾乎無影響。

二、CAN總線(xiàn)特性

CAN收發器内部CANH、CANL分(fēn)别為(wèi)開源，開漏輸出形式，驅動電(diàn)路如圖3所示。這種方式可(kě)以使總線(xiàn)輕松實現顯性電(diàn)平的驅動，而隐性電(diàn)平則通過終端電(diàn)阻放電(diàn)來實現。


總線(xiàn)固有(yǒu)的差分(fēn)傳輸形式使得CAN對于共模幹擾有(yǒu)很(hěn)好的抑制能(néng)力，如圖4所示。通過CANH、CANL相減可(kě)很(hěn)好地消除來自外部的共模幹擾，但CANH、CANL并非理(lǐ)想對稱，快速上升的跳變沿，這些均會帶來EMC問題。

我們通過示波器看總線(xiàn)波形很(hěn)完美，測試靜電(diàn)，EFT，浪湧，傳導騷擾抗擾均無異常。但測試傳導發射，則不能(néng)滿足限值要求，看起來很(hěn)正常的總線(xiàn)實際卻向外在發送傳導幹擾。


三、為(wèi)什麽要加共模電(diàn)感？

對于CAN接口的EMC問題，除了選用(yòng)更好性能(néng)，符号要求的CAN收發芯片，另一種簡單的方法就是對CAN接口增加外圍，共模電(diàn)感是一種很(hěn)好的選擇。在現有(yǒu)汽車(chē)電(diàn)子CISPR 25标準中(zhōng)，對傳導騷擾限值有(yǒu)很(hěn)嚴格要求。許多(duō)CAN收發器均會超過限值。

如圖5所示，分(fēn)别為(wèi)按照車(chē)規限制測試增加和不加共模電(diàn)感的CAN接口傳導騷擾，共模電(diàn)感值為(wèi)51μH，可(kě)以看到在各個頻段下對噪聲改善較為(wèi)明顯，測試結果仍有(yǒu)很(hěn)大裕量。


共模電(diàn)感對降低傳導騷擾有(yǒu)明顯作(zuò)用(yòng)，可(kě)幫助我們快速通過測試要求，滿足現有(yǒu)汽車(chē)用(yòng)要求，但總線(xiàn)增加共模電(diàn)感也會帶來兩個問題：諧振和瞬态電(diàn)壓。

共模電(diàn)感不可(kě)避免地會有(yǒu)寄生電(diàn)感，直流電(diàn)阻，考慮總線(xiàn)節點數，通信距離等因素，會引起諧振，影響總線(xiàn)信号質(zhì)量，如圖6所示，綠色波形為(wèi)增加共模電(diàn)感的總線(xiàn)波形，信号下降沿已有(yǒu)明顯的諧振。

另外，共模電(diàn)感感量較大，且直接節在收發器接口，實際應用(yòng)中(zhōng)出現短路，熱插拔等狀态會使共模電(diàn)感兩端産(chǎn)生瞬态高壓，嚴重時會直接損壞收發器。

四、總結

共模電(diàn)感用(yòng)于總線(xiàn)的優缺點較為(wèi)明顯，它可(kě)以濾除信号線(xiàn)的共模電(diàn)磁幹擾，衰減差分(fēn)信号高頻部分(fēn)，抑制CAN接口自身向外發出的電(diàn)磁幹擾，在傳導騷擾方面有(yǒu)很(hěn)好地改善作(zuò)用(yòng)，但應用(yòng)仍要考慮其帶來的諧振與瞬态電(diàn)壓，這些在長(cháng)距離，多(duō)節點通訊中(zhōng)對總線(xiàn)信号質(zhì)量是不利的，對于一般工(gōng)業應用(yòng)對傳導發射并無嚴格要求，因此可(kě)不增加共模電(diàn)感。

文(wén)章來源：21ic電(diàn)子網公(gōng)衆号