雖然有很多不同的車內網絡互連標準，並且汽車原始設備製造商 (OEM) 對於EMC也有多種不同的要求
，這篇文章主要討論一個已經被證明具有特別挑戰性的話題：一個控製器局域網 (CAN) 總線的射頻 (RF) 放射。

　　

CAN使用均衡的差分信令來發送波特率，高達1Mbps(或者更高，前提是使用“靈活數據速率”變量)的二進製數據。理想情況下，差分信令的使用避免了所有外部噪聲耦合。由於每一半差分對(被稱為CANH和CANL)在變化時是對稱的
，它們的噪聲帶來的幹擾是具有破壞性的。然而，沒有CAN收發器是完全理想的，並且CANH和CANL信號之間的低值不對稱會產生未經完全均衡的差分信號。當這一情況發生時，CAN信號的共模分量(CANH和 CANL的平均值)將不再是一個恒定的DC值。相反地，它將表現出與數據有關的噪聲。

　　

兩個主要的不均衡類型會導致這個噪聲。其中一個就是顯性(被驅動)和隱性(高阻抗)狀態期間穩定狀態共模電壓電平之間的不匹配。

　　

這個穩定狀態不匹配會導致一個類似於CAN數(shu)據(ju)本(ben)身(shen)縮(suo)放(fang)版(ban)本(ben)的(de)噪(zao)聲(sheng)圖(tu)形(xing)。這(zhe)個(ge)噪(zao)聲(sheng)圖(tu)形(xing)在(zai)它(ta)的(de)頻(pin)譜(pu)內(nei)很(hen)寬(kuan)，表(biao)現(xian)為(wei)一(yi)係(xi)列(lie)延(yan)伸(shen)至(zhi)極(ji)低(di)頻(pin)率(lv)且(qie)間(jian)隔(ge)均(jun)勻(yun)的(de)離(li)散(san)頻(pin)譜(pu)線(xian)。定(ding)時(shi)不(bu)匹(pi)配(pei)會(hui)導(dao)致(zhi)一(yi)個(ge)由(you)短(duan)脈(mai)衝(chong)或(huo)幹(gan)擾(rao)組(zu)成(cheng)的(de)噪(zao)聲(sheng)圖(tu)形(xing)，隻(zhi)要(yao)數(shu)據(ju)中(zhong)有(you)邊(bian)緣(yuan)變(bian)換(huan)，它(ta)就(jiu)會(hui)出(chu)現(xian)。這(zhe)個(ge)噪(zao)聲(sheng)圖(tu)形(xing)的(de)頻(pin)譜(pu)含(han)量(liang)往(wang)往(wang)集(ji)中(zhong)比(bi)較(jiao)高(gao)的(de)頻(pin)率(lv)上(shang)。

　　

圖1中的波形顯示了一個可以在典型CAN收發器的輸出上觀察到的共模噪聲。在這幅圖像中，黑色軌跡線(通道1)顯示CANH，紫色軌跡線(通道 2)顯示的是CANL，並且綠色軌跡線(數據功能)是CANH與CANL的和。這個求和的過程給出了一個波形，它的值等於此時一個指定點上共模電壓的2 倍。

 

圖1：典型CAN收發器CANH/CANL輸出和共模噪聲

　　

共模波形顯示出兩種噪聲類型：與顯性至隱性/隱性至顯性變換相對應的高頻噪聲，而低頻噪聲是與不匹配的顯性和隱性共模相對應的。

　　

由於信號的共模部分能夠與係統(或與外部係統)中的其它分量耦合在一起(通過輻射或傳導路徑)


，這個共模噪聲直接影響放射性能。這個器件的傳導放射按照工業電氣工程/電子 (IBEE) 茨維考技術的工程服務進行測量；如圖2中所示，這個器件的傳導放射連同一個普通汽車原始設備製造商(OEM)限值線一同繪製。

 

圖2：一個典型CAN收發器的傳導放射

　　

這個收發器的輸出放射超過了低頻和高頻區域內的OEM要求。為了把放射降低到令人滿意的水平，必須使用某些外部濾波。

　　

CAN總線中最常用的濾波器組件就是共模扼流圈(如圖3中所示)。共模扼流圈的構成方式是將兩個線圈繞在同一個鐵芯上。在每個線圈繞組方向的安排方麵
，要使得共模電流(也就是說，每個線圈內的電流方向一致)具ju有you共gong用yong同tong一yi極ji性xing的de磁ci通tong量liang。這zhe使shi得de共gong模mo扼e流liu圈quan可ke以yi運yun行xing為wei針zhen對dui共gong模mo信xin號hao的de電dian感gan器qi，從cong而er提ti供gong一yi個ge隨sui上shang升sheng的de頻pin率lv而er增zeng加jia的de阻zu抗kang。相xiang反fan地di，差cha分fen模mo式shi電dian流liu(也就是說
，每個線圈內的電流方向相反)將使它們的磁通量與反向極性相互作用。對於諸如CAN信號的均衡波形，每個線圈內相反磁通量的幅度將會相等
，因此不會在鐵芯內累積靜磁通。這使得扼流圈運行為一個針對CAN信號的短接電路。

 

圖3：共模扼流圈電路原理圖

　　

這項技術在減少CAN總線放射方麵十分有效。例如，當用一個51μH共模扼流圈對上麵不能滿足放射要求的器件進行重新測試時，性能得到極大提升(圖4)。

 

圖4：典型CAN收發器(具有共模扼流圈)的傳導放射

　　

然ran而er，在zai添tian加jia共gong模mo扼e流liu圈quan時shi會hui帶dai來lai一yi些xie缺que點dian。使shi用yong共gong模mo扼e流liu圈quan時shi的de一yi個ge明ming顯xian劣lie勢shi就jiu是shi印yin刷shua電dian路lu板ban上shang需xu要yao額e外wai的de空kong間jian
，並bing且qie會hui產chan生sheng多duo餘yu的de物wu料liao清qing單dan成cheng本ben。不bu過guo，除chu此ci之zhi外wai，還hai應ying該gai考kao慮lv某mou些xie對duiCAN總線的細微影響。由於扼流圈線圈會引入某些串聯電感
，當這個電感與CAN網wang絡luo的de寄ji生sheng電dian容rong組zu合he在zai一yi起qi時shi會hui生sheng成cheng諧xie振zhen。盡jin管guan在zai大da多duo數shu頻pin帶dai內nei減jian少shao了le共gong模mo噪zao聲sheng
，這zhe些xie諧xie振zhen會hui在zai諧xie振zhen頻pin率lv上shang導dao致zhi噪zao聲sheng數shu量liang增zeng加jia。可ke以yi在zai圖tu5中所示的共模噪聲波形中觀察到這個影響。

 

圖5：由扼流圈電感導致的共模噪聲

　　

這zhe個ge窄zhai帶dai噪zao聲sheng特te別bie難nan管guan理li。它ta的de幅fu度du往wang往wang很hen強qiang，並bing且qie
，由you於yu扼e流liu圈quan電dian感gan和he總zong線xian電dian容rong的de變bian化hua，其qi頻pin率lv也ye會hui隨sui著zhe係xi統tong的de不bu同tong而er發fa生sheng變bian化hua。需xu要yao注zhu意yi的de是shi，一yi個ge共gong模mo扼e流liu圈quan的de電dian感gan值zhi通tong常chang在zai較jiao寬kuan的de公gong差cha範fan圍wei內nei指zhi定ding(比如說標稱值的-30%到50%)。相似地
，一個CAN網絡的總線電容將根據所使用電纜連接的類型和長度、網絡中的節點數量和每個節點的設計而發生變化。共模扼流圈的另外一個意外結果就是總線上增高的大瞬態電壓風險。諸如到電源、電池電壓或係統接地的短接等故障情況會導致共模電流的突然變化。這會在短路連接/斷開，以及CAN驅動在顯性和隱性狀態之間變換時出現。當流經扼流圈電感的電流快速變化時
，會在驅動器IC的CAN端子上產生一個較大的電壓電位。在某些情況下
，這個電壓有可能超過CAN器件的瞬態過壓處理能力，並且會導致永久損壞。

　　

為了在避免與共模扼流圈有關的不利影響的同時減少放射
，可使用一個替代解決方案：減少CAN驅動器的共模噪聲輸出。這看起來似乎簡單而又直接，但是這需要半導體廠商進行仔細而又認真的設計。隱性和顯性狀態期間的CANH和CANL電壓電平需要受到嚴格控製，以確保CAN總線波形盡可能地保持平衡。

　　

此外
，當CANH和CANL線路在顯性和隱性狀態之間變換時，它們之間的變換時間和定時偏移需要良好匹配，以限製出現在高頻頻帶內的共模噪聲。

　　

針對TI TCAN1042-Q1 CAN收發器的瞬態波形如圖6中所示。圖7中給出的是相應的放射曲線圖。

 

圖6：CANH/CANL輸出和共模噪聲

 

圖7：一個汽車故障保護CAN收發器的傳導放射

　　

TCAN1042-Q1的良好匹配輸出級使得輸出共模噪聲極低。這使得在不使用扼流圈等外部共模濾波組件的情況下
，放射性能符合OEM的要求。

　　

結論

　　

雖然共模扼流圈作為一種緩解CAN總線EMC問wen題ti的de方fang法fa，目mu前qian廣guang泛fan應ying用yong於yu汽qi車che行xing業ye
，全quan新xin的de高gao性xing能neng收shou發fa器qi正zheng在zai使shi共gong模mo扼e流liu圈quan變bian得de可ke有you可ke無wu。不bu使shi用yong共gong模mo扼e流liu圈quan
，可ke以yi在zai避bi免mian電dian路lu諧xie振zhen和he電dian感gan電dian壓ya尖jian峰feng等deng問wen題ti的de同tong時shi，使shiCAN總線的實現方式變得更小
、成本更低。