在CAN总线设计中,我们往往为了确保通信的可靠性,会为CAN接口添加各种保护措施。然而,这并非所有应用都需要,过度防护不仅增加了成本,还会影响信号质量。本文将探讨共模电感在总线中的作用及其对信号质量的影响。
我们观察到许多实际应用中使用了共模电感,但在常规测试中,它们似乎并没有显著改善任何特定的指标,反而可能影响波形质量。工程师们为了确保可靠性,不顾一切地增加外围电路。尽管CAN芯片自身具有很好的抗静电和瞬态能力,有些收发器还具备良好的EMC性能,我们可以根据设计要求逐一添加防护、滤波等外围设备。在考虑CAN总线是否需要加共模电感时,我们主要从EMC角度出发。
首先,让我们介绍一下共模干扰及其传输路径。图1和图2分别展示了差模式和共模干扰以及它们的传输路径。在这幅图中,驱动器及接收器采用差分信号传输方式,与CAN总线类似。差模式干扰产生于两条传输线之间,而共模干扰则是在两条线上同时产生,其参考点是以地为基准。
紧接着,是关于共模电感的介绍。这是一种磁环结构,其中两个半环被绕制成相同数量但方向相反的同轴螺旋体。当磁力线形成时,由于其相互叠加,在磁环内形成的大量磁力导致阻抗增大,从而起到了抑制干扰作用。而对于差模式信号,其所形成的磁力线则是相互抵消,没有抑制效果。此外,这种双向滤波器既能滤除信号上方出现的共模噪声,又能避免信号本身向外放射噪声。
下一步,我们来看看CAN总线的一些特性。它采用的开源开漏输出形式,如图3所示,可以轻松实现显性的高低平稳转换,而隐性的高低平稳通过终端阻值放置得以实现。此这种自带差分特性的优势使得对待来自环境上的共同噪声有着较强抵御能力,如图4所示,当通过去掉一个输入端得到的是净化后的数据流,但即便如此,也无法完全排除由接收端产生的小规模突变与快速跳变沿引起的问题,因为这些现象并不符合理想状态,即使测试结果完美无瑕,但实际情境却存在潜在问题,比如静压、EFT、浪涌或导入骚扰检验均未发现异常,但是当进行导出骚扰测试时,则难以满足规定要求,看起来正常实质上却释放出了超限值范围之内的情报频率,以此说明尽管我们的工作表现看起来光鲜亮丽,但是实际情况远不止表面那么简单且安全。
进一步分析为什么要使用这样的装置?除了选择更优秀性能,更符合符码标准需求者之产品,对于汽车电子CISPR25标准严格限制下的传导骚扰限值,一种简易方法就是对接口部件加入额外配件——即提高整体性能效率的一个重要途径:例如采用51微Henry大小,使其成为有效减少噪声来源之一,并证明了实验结果仍然有余裕空间(见5)。虽然这一做法极大提升了通过检测条件概率,同时满足现代车辆规范要求但也带来了两个挑战:谐振与瞬态压力。一方面不能忽视寄生参数造成的问题;另一方面若长距离通讯网络多节点连接情况下,对整个系统可能造成负面效应;因此,对于一般工业生产需求并不严格约束故不必安装这个装置;ZLG致远电子公司利用多年经验积累推出的隔离型解决方案CTM1051(A)HP系列能够适用于恶劣工场环境的情况(见7),操作简便直接插入即用原理详细解释如下6。
最后结论:由于其优缺点清晰明确,该技术能够有效削弱信息流道中的杂音污染,同时控制介质内部交流频段部分降低数据精度损失,甚至再次抑制从信息源侧散发出新的交互障碍;然而,它不可避免地引入了一定程度上的逆响现象(谐振)以及短时间内突然变化(瞬态压力)问题,这些对于长距离复杂网络通信系统来说是不利因素,加之只需满足普通工业间通讯无需过高防护,因此它并不一定必须包含其中。不过,在某些特殊场合或者对延迟敏感的情况下,即便如此也还有很多空余空间供调整,以适应不断变化的地球物理环境和人类生活习惯,并继续保持技术领先状况。