CAN总线到底要不要加共模电感?
出处:致远电子 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qrs/2018/ic-n 发布于:2018-08-22 14:19:34
在CAN节点的设计中,我们通常为了总线的通讯更为可靠,为CAN接口增加各种器件,但实际并非所有应用都需要,过多防护不仅增加成本,而且器件的寄生参数必然影响信号质量。本文将简单介绍共模电感用于总线的作用。
我们在实际应用中看到许多CAN产品会使用共模电感,但在常规测试中却看不到它对哪一项指标有明显改善,反而影响波形质量。许多工程师为了以防万一,确保可靠,会对CAN增加全面外围电路。CAN芯片已经有很好的抗静电,瞬态电压能力,有些收发器本身也有很好的EMC性能,我们在应用中可根据设计要求逐个增加防护、滤波等外围。对于CAN总线要不要加共模电感,我们主要从电磁兼容方面考虑。
1、共模电感
先介绍共模干扰,图 1、图 2分别给出了差模和共模干扰及其传输路径。图中的驱动器及接收器为差分信号传输,类似CAN总线。差模干扰产生于两条传输线之间,共模干扰则在两条线中同时产生,其电势是以地为参考。
图 1 差模干扰及传输路径
图 2 共模干扰及传输路径
共模电感是在一个磁环的上下两个半环上,分别绕制相同匝数但绕向相反的线圈。共模干扰是相同的,所以在磁环中形成的磁力线相互叠加,电感阻抗大从而起到衰减干扰的作用。对于差模信号在磁环中形成的磁力线是相互抵消的,并没有抑制作用,仅有线圈电阻及很小的漏感对差模信号有略微影响。共模电感本质上是一个双向滤波器,一方面滤除信号线上的共模信号干扰,另一方面抑制信号线本身不向外发出电磁干扰。图 2中的干扰信号则能很好地被共模电感抑制,而差分信号则几乎无影响。
2、CAN总线特性
CAN收发器内部CANH、CANL分别为开源,开漏输出形式,驱动电路如图 3所示。这种方式可以使总线轻松实现显性电平的驱动,而隐性电平则通过终端电阻放电来实现。
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。
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。
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。
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。
图7 CTM1051(A)HP的EMC性能
图8 应用原理图
版权与免责声明
凡本网注明“出处:维库电子市场网”的所有作品,版权均属于维库电子市场网,转载请必须注明维库电子市场网,https://www.dzsc.com,违反者本网将追究相关法律责任。
本网转载并注明自其它出处的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品出处,并自负版权等法律责任。
如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。
- I2C系统适应性引体向上2024/4/12 17:03:24
- RS-232 和 RS-485 有什么区别?2024/4/11 16:24:08
- spi接口的基本概念2024/4/10 17:52:03
- 总线收发器教程2024/4/8 16:19:32
- 什么是rj45接口?rj45接口有什么用2024/4/2 17:43:28
- 英特尔数据存储如何操作和实现
- 什么是微动开关_微动开关有什么用_微动开关使用方法
- VCC,VDD,VEE,VSS在电源原理图中有什么区别?
- 低压配电系统设计规范_低压配电系统设计注意事项
- xEV 主逆变器电源模块中第四代 SiC MOSFET 的短路测试
- 光耦详细应用教程
- 定义绝缘耐久性评估的电压脉冲测试要求
- 采用沟槽MOS结构,使存在权衡关系的VF和IR相比以往产品得到显著改善 ROHM推出实现业界超快trr的100V耐压SBD“YQ系列”
- NOVOSENSE - 纳芯微推出车规级温湿度传感器NSHT30-Q1,助力汽车智能化发展
- Keysight - EV 电池设计创新:扩大续航里程、延长电池寿命