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導讀

之前在進行一款產(chǎn)品設(shè)計時，采用了模塊化的硬件設(shè)計思路，其中CAN總線部分采用之前較為“成熟”的方案，在CAN電路中設(shè)計了共模電感；但在產(chǎn)品實際運行時，出現(xiàn)CAN總線波形異常導致的通信失敗；最終將電路中的共模電感更換為2個0歐電阻后，問題得到解決。

那么問題來了，共模電感在CAN電路中到底起什么作用？是否可以去掉？本文將簡單介紹共模電感用于總線的作用。

說在前面

我們在實際應用中看到許多CAN產(chǎn)品會使用共模電感，但在常規(guī)測試中卻看不到它對哪一項指標有明顯改善，反而影響波形質(zhì)量。

許多工程師為了以防萬一，確?？煽浚瑫AN增加全面外圍電路。對于CAN總線要不要加共模電感，我們主要從電磁兼容方面考慮。

一：共模電感

圖1、圖2分別給出了差模和共模干擾及其傳輸途徑。差模干擾發(fā)生于兩條傳輸線之間，共模干擾則在兩條線中同時發(fā)生，其電勢是以地為參閱。

圖1：?差模干擾及傳輸路徑

圖2：共模干擾及傳輸路徑

共模電感是在一個磁環(huán)的上下兩個半環(huán)上，分別繞制繞向相反、相同匝數(shù)的線圈。

對于共模干擾：由于總線的共模干擾是相同的，所以在磁環(huán)中形成的磁力線相互疊加，電感阻抗增大大從而起到衰減干擾的作用。

對于差模干擾：對差模信號在磁環(huán)中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的漏感對差模信號有略微影響。

共模電感本質(zhì)上是一個雙向濾波器，一方面濾除信號線上的共模信號干擾，另一方面抑制信號線本身不向外發(fā)出電磁干擾。圖2中的干擾信號則能很好地被共模電感抑制，而差分信號則幾乎無影響。

二：CAN總線特性

CAN收發(fā)器內(nèi)部CANH、CANL分別是開源、開漏輸出，驅(qū)動電路如下圖所示。這種方式可以使總線輕松實現(xiàn)顯性電平的驅(qū)動，而隱性電平則通過終端電阻放電來實現(xiàn)。

圖3：CAN收發(fā)器驅(qū)動電路

CAN總線是差分信號，使得CAN對于共模干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部的共模干擾，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。我們通過示波器看總線波形很完美，測試靜電，EFT，浪涌，傳導騷擾抗擾均無異常。但測試傳導發(fā)射，則不能滿足限值要求，看起來很正常的總線實際卻向外在發(fā)送傳導干擾。

圖4：CAN傳輸波形

三：為什么要加共模電感

對于CAN接口的EMC問題，除了選用更好性能符號要求的CAN收發(fā)芯片，另一種簡單的方法就是對CAN接口增加外圍器件，其中共模電感是一種很好的選擇。

在現(xiàn)有汽車電子標準中，對傳導騷擾限值有很嚴格要求。許多CAN收發(fā)器均達不到要求。如圖5分別為按照車規(guī)限制測試增加和不加共模電感的CAN接口傳導騷擾，共模電感值為51μH，可以看到在各個頻段下對噪聲改善較為明顯，測試結(jié)果仍有很大裕量。

圖5：傳導騷擾測試

共模電感對降低傳導騷擾有明顯作用，可幫助我們快速通過測試要求，滿足現(xiàn)有汽車用要求，但總線增加共模電感也會帶來兩個問題：諧振和瞬態(tài)電壓。

共模電感不可避免地會有寄生電感和直流電阻?？紤]到總線節(jié)點數(shù)量、通信距離等因素，會引起諧振，影響總線信號質(zhì)量。如圖6所示，綠色波形為增加共模電感的總線波形，信號下降沿有明顯共振。此外，共模電感具有大電感，并且直接連接到收發(fā)器接口。在實際應用中，短路、熱插拔等狀態(tài)會在共模電感兩端產(chǎn)生瞬態(tài)高壓，嚴重時會直接損壞收發(fā)器。

圖6：增加共模電感的CAN波形

四：總結(jié)

共模電感用于總線的優(yōu)缺點是顯而易見的。它可以過濾信號線的共模干擾，衰減差異信號的高頻部分，抑制CAN接口本身向外發(fā)出的電磁干擾，在傳導騷擾中起到很好的改善作用。然而，應用時仍然需要考慮它們帶來的諧振和瞬態(tài)電壓。這些在長距離和多節(jié)點通信中不利于總線信號的質(zhì)量，對一般工業(yè)應用場合沒有嚴格的傳導發(fā)射要求，因此不能增加共模電感。

End

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