利用无扼流圈收发器简化CAN总线方案

本文摘要：由于汽车内电子元器件的密度在大幅减少，我们必须保证车内网络在电磁兼容性(EMC)方面维持高性能。这样的话，当有所不同子系统被构建在一个较小解决方案中，并且在少见(喧闹)环境中运行时，这些子系统需要长时间运转。 虽然有很多有所不同的车内网络点对点标准，并且汽车完整设备制造商(OEM)对于EMC也有多种不同的拒绝，这篇文章主要辩论一个早已被证明具备尤其挑战性的话题：一个控制器局域网(CAN)总线的射频(RF)放射线。

由于汽车内电子元器件的密度在大幅减少，我们必须保证车内网络在电磁兼容性(EMC)方面维持高性能。这样的话，当有所不同子系统被构建在一个较小解决方案中，并且在少见(喧闹)环境中运行时，这些子系统需要长时间运转。

虽然有很多有所不同的车内网络点对点标准，并且汽车完整设备制造商(OEM)对于EMC也有多种不同的拒绝，这篇文章主要辩论一个早已被证明具备尤其挑战性的话题：一个控制器局域网(CAN)总线的射频(RF)放射线。　　CAN用于平衡的差分信令来发送到波特率，高达1Mbps(或者更高，前提是用于“灵活性数据速率”变量)的二进制数据。理想情况下，差分信令的用于防止了所有外部噪声耦合。

由于每一半差分对(被称作CANH和CANL)在变化时是平面的，它们的噪声带给的阻碍是具备破坏性的。然而，没CAN收发器是几乎理想的，并且CANH和CANL信号之间的低值不平面不会产生予以几乎平衡的差分信号。当这一情况再次发生时，CAN信号的共模分量(CANH和CANL的平均值)将仍然是一个恒定的DC值。

忽略地，它将展现出出与数据有关的噪声。　　两个主要的不平衡类型不会造成这个噪声。其中一个就是显性(被驱动)和隐性(低电阻)状态期间稳定状态共模电压电平之间的不给定。　　这个稳定状态不给定不会造成一个类似于CAN数据本身图形版本的噪声图形。

这个噪声图形在它的频谱内很长，展现出为一系列伸延至极低频率且间隔均匀分布的线性频谱线。定点不给定不会造成一个由短脉冲或阻碍构成的噪声图形，只要数据中有边缘转换，它就不会经常出现。这个噪声图形的频谱含量往往集中于较为低的频率上。

　　图1中的波形表明了一个可以在典型CAN收发器的输入上仔细观察到的共模噪声。在这幅图像中，黑色轨迹线(地下通道1)表明CANH，紫色轨迹线(地下通道2)表明的是CANL，并且绿色轨迹线(数据功能)是CANH与CANL的和。这个议和的过程得出了一个波形，它的值相等此时一个登录点上共模电压的2倍。

　　图1：典型CAN收发器CANH/CANL输入和共模噪声　　共模波形表明出有两种噪声类型：与显性至隐性/隐性至显性转换比较不应的高频噪声，而低频噪声是与不给定的显性和隐性共模比较不应的。　　由于信号的共模部分需要与系统(或与外部系统)中的其它分量耦合在一起(通过电磁辐射或传导路径)，这个共模噪声直接影响放射性能。这个器件的传导放射线按照工业电气工程/电子(IBEE)茨维录技术的工程服务展开测量；如图2中右图，这个器件的传导放射线连同一个普通汽车完整设备制造商(OEM)限值线一起绘制。

　　图2：一个典型CAN收发器的传导放射线　　这个收发器的输入放射线多达了低频和高频区域内的OEM拒绝。为了把放射线减少到令人满意的水平，必需用于某些外部滤波。

　　CAN总线中最常用的滤波器组件就是共模扼流圈(如图3中右图)。共模扼流圈的包含方式是将两个线圈绕行在同一个铁芯上。在每个线圈绕组方向的决定方面，要使得共模电流(也就是说，每个线圈内的电流方向完全一致)具备共用同一极性的磁通量。

这使得共模扼流圈可以运营为针对共模信号的电感器，从而获取一个随下降的频率而减少的电阻。忽略地，差分模式电流(也就是说，每个线圈内的电流方向忽略)将使它们的磁通量与偏移极性相互作用。对于诸如CAN信号的平衡波形，每个线圈内忽略磁通量的幅度将不会大于，因此会在铁芯内积累静磁通。

这使得扼流圈运营为一个针对CAN信号的短接电路。　　图3：共模扼流圈电路原理图　　这项技术在增加CAN总线放射线方面十分有效地。例如，当用一个51mu;H共模扼流圈对上面无法符合放射线拒绝的器件展开新的测试时，性能获得很大提高(图4)。

　　图4：典型CAN收发器(具备共模扼流圈)的传导放射线　　然而，在加到共模扼流圈时会带给一些缺点。用于共模扼流圈时的一个显著劣势就是印刷电路板上必须额外的空间，并且不会产生多余的物料表格成本。不过，除此之外，还应当考虑到某些对CAN总线的微小影响。

由于扼流圈线圈不会引进某些串联电感，当这个电感与CAN网络的寄生电容人组在一起时会分解谐振。尽管在大多数频带内增加了共模噪声，这些谐振不会在谐振频率上造成噪声数量减少。可以在图5中右图的共模噪声波形中仔细观察到这个影响。

　　图5：由扼流圈电感造成的共模噪声　　这个窄带噪声尤其无以管理。它的幅度往往很强，并且，由于扼流圈电感和总线电容的变化，其频率也不会随着系统的有所不同而发生变化。必须留意的是，一个共模扼流圈的电感值一般来说在较宽的公差范围内登录(比如说标称值的-30%到50%)。

相近地，一个CAN网络的总线电容将根据所用于电缆相连的类型和长度、网络中的节点数量和每个节点的设计而发生变化。

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