电子电路自学网站上的共模电感反复强调其在总线中的重要作用

在电子电路自学网站上,我们常见于CAN节点设计中,为了提升总线通信的可靠性,往往会增加各种保护器件。然而,并非所有应用都需要这样做,因为过度防护不仅会增加成本,还会影响信号质量。本文将详细探讨共模电感在总线中的作用及其重要性。

在实际应用中,我们经常看到许多CAN产品采用了共模电感,但在标准测试中却难以观察到它对任何指标有显著的改进反而可能降低波形质量。出于预防万一和确保可靠性,一些工程师会对CAN接口添加全面外围电路。尽管如此,现代CAN芯片已经具备很好的抗静电和瞬态电压能力,以及良好的EMC性能。在设计时,我们可以根据具体要求逐步添加防护和滤波措施。

首先,让我们来了解一下共模干扰以及差分信号传输路径。图1和图2分别展示了差模干扰与传输路径以及共模干扰与传输路径。这些驱动器及接收器通过差分信号进行数据传输,就像我们所说的CAN总线一样。

对于共模干扰,它们产生于两条传输线之间,而不是两条线上的同一位置,其参考点是地面。如果没有适当的抑制,这种干扰可能导致严重的问题。不过,与此同时,对于差分信号,由于磁环内形成的磁力线相互抵消,因此不会有抑制作用,只有微小的漏感和线圈电阻才会稍微影响到它们。

因此,在这种情况下,使用一个双向滤波器——即共模电感,可以有效地减少沿着这两个半环上产生的一致磁力,从而起到衰减这一类干扰的效果。此外,这个系统还能够有效地抑制信号本身不再向外发射额外的噪声。这正如图2所示,那里的噪声被很好地控制住了,同时差分信号几乎没有受到影响。

其次,让我们看一下如何实现这个过程。在实际应用中,我们通常使用开源、开漏输出形式来驱动这些接口,如图3所示。这使得我们的总线能够轻松实现显性的高频率变换,同时隐性的低频率变换则通过终端阻值放大以完成其任务。但即便如此,这并不意味着我们的系统免受来自环境或其他设备的污染;事实上,如图4所示,当发生快速跳变时,即便是理想对称的情形也无法完全避免问题。而且,即使一切看起来完美无瑕,但仍然存在潜在的问题,比如静電、EFT(瞬态能量脉冲)、浪涌等方面,其中一些可能引入新的问题,而其他一些则未能达到预期目标。此外,不幸的是,即使一切似乎正常,有时候结果仍旧不能满足限值要求,从而导致整个系统出现问题。

最后,让我们考虑为什么要加用这类设备?除了选择更优秀性能、符合符号要求但又具有良好EMC性能的一系列专门用于汽车电子市场规范规定下的接受者/发送者芯片之外,将一种简单但非常有效的手段加入至每个单独项目—那就是安装一个或者多个共享模式滤波元件作为一种补充方案。在现行车辆工业标准CISPR25(国际特定通讯设备广播)下,对传导骚扰限制非常严格许多这样的接受者/发送者都超出了这些限制阈值。当你将一个51μH(毫亨德斯)价值的大型二极管加到你的项目里并执行相同测试,你可以清楚地看到各个频段内噪音水平降低的情况,同时测试结果显示仍然有很多剩余裕量空间供后续扩展使用,如同图5所示那样展示出的信息。

虽然利用这种技术可以帮助人们迅速通过必要测试并满足现有的汽车行业需求,但它也有几个缺点:首先,是谐振效应;第二,是瞬态压力问题。一旦安装了寄生参数带来的较大的储存容量,加上网络节点数目、通信距离等因素,都将引起谐振效应,从而破坏整体数据流程质量,如同绿色波形所表现出来的情况另外,如果把这个巨大的储存容量直接连接到收发机输入端部署的时候,在短路或热插拔状态下就会触发紧急情境突袭事件,以至于直接损害核心组件部分

综述来说,虽然该技术提供了一种强力的解决方案来削弱沿着网络上的交叉模式杂质,以及去除不同频率范围内投射杂质,并且提供了一种简易方法来提高全局物理隔离功能从而最大化遵守全球ISO11898-2标准设定的规格条件,但是必须注意的是,该技术也是带来了某些挑战,比如稳定化原则兼容性匹配策略必须精心规划才能保持最佳安全边界,而且由于一定程度内部结构复杂度级别,所以决定是否实施决策取决于具体场景需求评估

ZLG致远电子公司基于长期经验积累推出了高防护等级隔离解决方案——CTM1051(A)HP系列,该系列完全符合国际ISO11898-2标准,并且静态工作环境允许极限为±8kV空气放大为±15kV浪涌屏蔽为±4kV隔离解析,这一点就由以下图片7表明该项产品拥有最优解答能力,而且因为其易用性,即插即用操作方式简单直观容易理解操作原理如下图片8展示

图片7 CTM1051(A)HP 系列 EMI 性能

图片8 应用原理 图