因为轿车内电子元器材的密度在逐年添加，咱们需求保证车内网络在电磁兼容性(EMC) 方面坚持高功能。这样的话，当不同子体系被集成在一个较大解决方案中，而且在常见(喧闹)环境中运行时，这些子体系能够正常工作。尽管有许多不同的车内网络互连规范，而且轿车原始设备制造商 (OEM) 关于EMC也有多种不同的要求，这篇文章首要评论一个现已被证明具有特别挑战性的论题：一个控制器局域网 (CAN) 总线的射频 (RF) 放射。
CAN运用均衡的差分信令来发送波特率，高达1Mbps(或许更高，条件是运用“灵敏数据速率”变量)的二进制数据。抱负状况下，差分信令的运用防止了一切外部噪声耦合。因为每一半差分对(被称为CANH和CANL)在改变时是对称的，它们的噪声带来的搅扰是具有破坏性的。可是，没有CAN收发器是彻底抱负的，而且CANH和CANL信号之间的低值不对称会发生未经彻底均衡的差分信号。当这一状况发生时，CAN信号的共模重量(CANH和 CANL的平均值)将不再是一个安稳的DC值。相反地，它将表现出与数据有关的噪声。
两个首要的不均衡类型会导致这个噪声。其间一个便是显性(被驱动)和隐性(高阻抗)状况期间安稳状况共模电压电平之间的不匹配。
这个安稳状况不匹配会导致一个类似于CAN数据自身缩放版别的噪声图形。这个噪声图形在它的频谱内很宽，表现为一系列延伸备至低频率且距离均匀的离散频谱线。守时不匹配会导致一个由短脉冲或搅扰组成的噪声图形，只需数据中有边际改换，它就会呈现。这个噪声图形的频谱含量往往会集比较高的频率上。
图1中的波形显现了一个能够在典型CAN收发器的输出上观察到的共模噪声。在这幅图画中，黑色轨迹线(通道1)显现CANH，紫色轨迹线(通道 2)显现的是CANL，而且绿色轨迹线(数据功用)是CANH与CANL的和。这个求和的进程给出了一个波形，它的值等于此刻一个指定点上共模电压的2 倍。
图1：典型CAN收发器CANH/CANL输出和共模噪声
共模波形显现出两种噪声类型：与显性至隐性/隐性至显性改换相对应的高频噪声，而低频噪声是与不匹配的显性和隐性共模相对应的。
因为信号的共模部分能够与体系(或与外部体系)中的其它重量耦合在一起(经过辐射或传导途径)，这个共模噪声直接影响放射功能。这个器材的传导放射依照工业电气工程/电子 (IBEE) 茨维考技能的工程服务进行丈量;如图2中所示，这个器材的传导放射连同一个一般轿车原始设备制造商(OEM)限值线一起制作。
图2：一个典型CAN收发器的传导放射
这个收发器的输出放射超越了低频和高频区域内的OEM要求。为了把放射降低到令人满意的水平，有必要运用某些外部滤波。
CAN总线中最常用的滤波器组件便是共模扼流圈(如图3中所示)。共模扼流圈的构成办法是将两个线圈绕在同一个铁芯上。在每个线圈绕组方向的组织方面，要使得共模电流(也便是说，每个线圈内的电流方向共同)具有共用同一极性的磁通量。这使得共模扼流圈能够运行为针对共模信号的电感器，然后供给一个随上升的频率而添加的阻抗。相反地，差分形式电流(也便是说，每个线圈内的电流方向相反)将使它们的磁通量与反向极性相互作用。关于比如CAN信号的均衡波形，每个线圈内相反磁通量的起伏将会持平，因而不会在铁芯内累积静磁通。这使得扼流圈运行为一个针对CAN信号的短接电路。
图3：共模扼流圈电路原理图
这项技能在削减CAN总线放射方面非常有用。例如，当用一个51μH共模扼流圈对上面不能满意放射要求的器材进行从头测验时，功能得到极大提高(图4)。
图4：典型CAN收发器(具有共模扼流圈)的传导放射
可是，在添加共模扼流圈时会带来一些缺陷。运用共模扼流圈时的一个显着下风便是印刷电路板上需求额定的空间，而且会发生剩余的物料清单本钱。不过，除此之外，还应该考虑某些对CAN总线的纤细影响。因为扼流圈线圈会引进某些串联电感，当这个电感与CAN网络的寄生电容组合在一起时会生成谐振。尽管在大多数频带内削减了共模噪声，这些谐振会在谐振频率上导致噪声数量添加。能够在图5中所示的共模噪声波形中观察到这个影响。
图5：由扼流圈电感导致的共模噪声
这个窄带噪声特别难管理。它的起伏往往很强，而且，因为扼流圈电感和总线电容的改变，其频率也会跟着体系的不同而发生改变。需求留意的是，一个共模扼流圈的电感值通常在较宽的公役范围内指定(比如说标称值的-30%到50%)。相似地，一个CAN网络的总线电容将依据所运用电缆衔接的类型和长度、网络中的节点数量和每个节点的规划而发生改变。
共模扼流圈的别的一个意外成果便是总线上增高的大瞬态电压危险。比如到电源、电池电压或体系接地的短接等毛病状况会导致共模电流的忽然改变。这会在短路衔接/断开，以及CAN驱动在显性和隐性状况之间改换时呈现。当流经扼流圈电感的电流快速改变时，会在驱动器IC的CAN端子上发生一个较大的电压电位。在某些状况下，这个电压有或许超越CAN器材的瞬态过压处理才能，而且会导致永久损坏。
为了在防止与共模扼流圈有关的晦气影响的一起削减放射，可运用一个代替解决方案：削减CAN驱动器的共模噪声输出。这看起来好像简略而又直接，可是这需求半导体厂商进行细心而又仔细的规划。隐性和显性状况期间的CANH和CANL电压电平需求遭到严格控制，以保证CAN总线波形尽或许地坚持平衡。
此外，当CANH和CANL线路在显性和隐性状况之间改换时，它们之间的改换时刻和守时偏移需求杰出匹配，以约束呈现在高频频带内的共模噪声。
针对TI TCAN1042-Q1 CAN收发器的瞬态波形如图6中所示。图7中给出的是相应的放射曲线图。
图6：CANH/CANL输出和共模噪声
图7：一个轿车毛病维护CAN收发器的传导放射
TCAN1042-Q1的杰出匹配输出级使得输出共模噪声极低。这使得在不运用扼流圈等外部共模滤波组件的状况下，放射功能契合OEM的要求。
定论
尽管共模扼流圈作为一种缓解CAN总线EMC问题的办法，现在广泛应用于轿车行业，全新的高功能收发器正在使共模扼流圈变得可有可无。不运用共模扼流圈，能够在防止电路谐振和电感电压尖峰等问题的一起，使CAN总线的完成办法变得更小、本钱更低。
