共模电感在总线中的作用反复探索常用18个电子元器件的奥秘
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，却难以发现其明显改善效果，有时甚至会对波形质量产生负面影响。工程师们出于预防万一，为了保证可靠性，不惜增加外围电路。尽管CAN芯片本身具有良好的抗静电和瞬态电压能力，而有些收发器还具备优秀的EMC性能，我们仍然根据设计要求逐步增添防护和滤波措施。
从EMC角度考虑，我们首先介绍共模干扰及其传输路径。在差分信号传输的驱动器及接收器中，如图1、图2所示，差模干扰产生于两条传输线之间，而共模干扰则同时产生于两条线上，其参考点是地面。共模电感通过磁环中的磁力线相互叠加，从而起到衰减干扰作用，而对于差分信号，它们形成的磁力线相互抵消，没有抑制作用，只有很小的漏感对差分信号有微小影响。
我们进一步分析了CAN总线特性，以及它内置差分传输形式如何有效地抑制共模干扰，如图4所示。但即使看起来完美无瑕的情况下，也可能存在无法满足限值要求的情形。这表明，即便没有显著波形变化，也可能存在未被检测到的EMC问题。
最后，我们探讨了为什么要加入共模电感，并且展示了一种简单但有效的手段：通过增加外围设备如共模电感来提高EMC性能，如图5所示。在严格车规标准下的测试结果显示，加装51μH的共模电感能够显著降低噪声，并且提供足够的大裕量。不过，这也带来了两个问题：谐振和瞬态高压的问题，如图6所示，这些都是设计者需要考虑的问题。
综上所述，虽然共模电感可以有效地滤除某些类型的噪声，但它们也带来了一系列潜在的问题，对长距离或多节点通讯环境下的总线质量有着不利影响。因此，在选择是否使用这些装置时，一定要权衡其优缺点，以确定最佳方案。
