共模电感在总线中的作用反复强调其对模块电源的保护与优化
在CAN总线设计中，我们往往为了确保通信的可靠性，不遗余力地添加各种保护设备。然而，实际上并非所有应用都需要这么做过多防护不仅会增加成本，而且这些外围设备的寄生参数也必然会影响信号质量。本文将详细探讨共模电感如何在总线上发挥作用，并分析其对模块电源的保护与优化。
我们在实践中看到许多CAN产品都会使用共模电感，但是在常规测试中却看不到它对哪一项指标有显著改善，反而可能影响波形质量。许多工程师为了以防万一，确保可靠，将对CAN接口增加全面外围电路。尽管CAN芯片已经具备很好的抗静电和瞬态电压能力，有些收发器本身也有较好的EMC性能，我们依旧根据设计要求逐个增加防护、滤波等外围。在考虑CAN总线是否需要加共模电感时，我们主要从EMC方面进行思考。
首先，让我们介绍一下共模干扰，以及差分信号传输路径。图1和图2分别展示了差模式和共模式干扰及其传输路径。在图中的驱动器及接收器采用差分信号传输方式，这与CAN总线相似。差模式干扰产生于两条传输线之间，而共模式干扰则同时产生于两条线中，其参考点是地面。
接着，我们来谈谈共模电感。这是一种特殊结构，它包括两个半环磁环，每个半环上绕制相同数量但方向相反的同轴螺旋导体。当磁场形成时，由于磁力的叠加效果，使得阻抗增大，从而起到衰减干扰作用。此外，这种双向滤波器既可以抑制信号线上的共模式噪声，又能抑制该信号自身不向外发出额外的噪声。在图2所示的情况下，通过这种方法就能有效地抑制干扰，同时几乎无影响到差分信号。
对于CAN总线特性的描述如下：其内部结构由开源、开漏输出构成，如图3所示，这样能够轻松实现显性高级别驱动，并通过终端抵抗放置隐性低级别来实现。此一种自然具有良好抵御共同干扰能力，如图4所示，可以通过H和L相减消除来自环境的共同噪声。但是，由于H和L并不完全对称，以及快速变化带来的跳变沿，都可能引入新的EMC问题，即使看起来完美且符合标准，也可能存在无法满足限值要求的问题，比如EFT或ESD测试结果未达预期标准。
那么，为何要选择使用这样的组件？除了选用更高性能且符合同国际标准要求的收发芯片之外，加装一个简单的手段就是为接口添加一些额外部件——比如说一个合适大小（51μH）的共模 电感，就像车辆电子行业标准CISPR25那样严格要求了。而且，在现有的汽车电子工业标准中，对于传导骚扰有着非常严格限制，因此很多厂家都发现他们不能满足这个要求，因为即便按照规范操作，他们也超出了允许范围，如表5所示，一旦安装了合适大小（51μH）的固态隔离元件，那么在每个频率下都会观察到明显降低噪音水平，并且还留有一定的裕度空间，以便应对未来的需求提升以及未来潜在升级计划。
然而，与此同时，在运用这类技术时，也存在两个挑战：谐振效应以及瞬态压力。当网络节点数目增加，或通信距离扩展时，即使小量残留系统中的寄生参数也会引起谐振效应，从而损害通讯质量，如绿色波形表示的一样。如果没有妥善处理，还可能导致瞬态压力甚至短路情况发生，最终威胁硬件安全甚至破坏整个系统功能。这意味着虽然提高了安全性，但是具体实施过程需要仔细权衡风险因素，以确保最大程度上的兼容性与耐用性结合，同时保持最佳性能表现，以避免长期运行后出现故障或其他不可预见的问题。
最后，无论如何，当我们决定是否加入这个解决方案时，都必须考虑到这些潜在风险并采取相应措施以降低它们造成问题的可能性。因此，如果你正在寻找一种简单、经济、高效并且易于集成至现有系统内的一种解决方案，那么CTM1051(A)HP系列隔离型IC是一个理想选择。这款IC基于多年的经验积累，是专为提供高防护等级隔离而设计，符合ISO11898-2国际标准，可达到极高水平静电防护（±8kV）和空气放電（±15kV），浪涌防護(±4kV)能力强大，可以广泛用于恶劣工业现场环境。此产品简便安装即可开始工作，其原理图见附录8A-B部分清晰说明工作原理流程。如果你的项目需要最少投入时间最大收益的话，则CTM1051(A)HP系列绝不会让你失望，它们既省心又节约成本，正是您追求卓越解决方案的一个完美选择。
