共模电感在CAN总线设计中的应用解析

图 3 CAN收发器驱动电路

总线固有的差分传输形式使得CAN对于共模干扰有很好的抑制能力,如图 4所示,通过CANH、CANL相减可很好地消除来自外部的共模干扰,但CANH、CANL并非理想对称,快速上升的跳变沿,这些均会带来EMC问题。我们通过示波器看总线波形很完美,测试静电,EFT,浪涌,传导骚扰抗扰均无异常。但测试传导发射,则不能满足限值要求,看起来很正常的总线实际却向外在发送传导干扰。

共模电感在CAN总线设计中的应用解析

图 4 CAN传输波形

3、为什么要加共模电感?

对于CAN接口的EMC问题,除了选用更好性能,符号要求的CAN收发芯片,另一种简单的方法就是对CAN接口增加外围,共模电感是一种很好的选择。在现有汽车电子CISPR 25标准中,对传导骚扰限值有很严格要求。许多CAN收发器均会超过限值。如图 5分别为按照车规限制测试增加和不加共模电感的CAN接口传导骚扰,共模电感值为51μH,可以看到在各个频段下对噪声改善较为明显,测试结果仍有很大裕量。

共模电感在CAN总线设计中的应用解析

图 5 传导骚扰测试

共模电感对降低传导骚扰有明显作用,可帮助我们快速通过测试要求,满足现有汽车用要求,但总线增加共模电感也会带来两个问题:谐振和瞬态电压。共模电感不可避免地会有寄生电感,直流电阻,考虑总线节点数,通信距离等因素,会引起谐振,影响总线信号质量,如图 6,绿色波形为增加共模电感的总线波形,信号下降沿已有明显的谐振。另外,共模电感感量较大,且直接节在收发器接口,实际应用中出现短路,热插拔等状态会使共模电感两端产生瞬态高压,严重时会直接损坏收发器。

共模电感在CAN总线设计中的应用解析

图 6 增加共模电感的CAN波形

4、总结

共模电感用于总线的优缺点较为明显,它可以滤除信号线的共模电磁干扰,衰减差分信号高频部分,抑制CAN接口自身向外发出的电磁干扰,在传导骚扰方面有很好地改善作用,但应用仍要考虑其带来的谐振与瞬态电压,这些在长距离,多节点通讯中对总线信号质量是不利的,对于一般工业应用对传导发射并无严格要求,因此可不增加共模电感。

ZLG致远电子基于多年的总线防护设计积累推出了高防护等级隔离模块——CTM1051(A)HP系列。该系列符合国际ISO11898-2标准,静电防护等级可达接触±8kV,空气放电±15kV,浪涌防护可达±4kV隔离CAN解决方案,具体如下图7所示,能够适用于各种恶劣的工业现场环境。应用简便,即插即用,应用原理图如下图8所示。

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