共模电感在总线中的作用开关电源原理详解的反复探究
在CAN总线设计中，我们往往为了确保通信的可靠性，会为CAN接口添加各种保护设备。然而，这并非所有应用都需要，过分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。因此，一些工程师为了确保可靠性，将对CAN接口进行全面外围电路的增设。尽管CAN芯片已经具备良好的抗静电和瞬态电压能力，而且有些收发器本身也有较好的EMC性能，我们仍需根据设计要求逐步增加防护、滤波等外围措施。
首先，让我们来了解一下共模干扰及其传输路径。在图1和图2中，可以看到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，其电势以地为参考。共模电感是一种特殊结构的磁环，它通过形成相互叠加的磁力线来衰减干扰，同时也抑制了信号线自身向外发出额外的干扰。
对于差分信号，在磁环中形成的磁力线是相互抵消，不起到抑制作用，只有很小的寄生参数对差分信号有一定的影响。而且，共模电感是一个双向滤波器，不仅可以滤除信号上的共模干扰，也能有效抑制信号自身不向外发出的通道噪声。
接着，我们来看一下CAN总线特性。CAN收发器内部采用开源、开漏输出形式，如图3所示，这种方式使得总线能够轻松实现显性电平驱动，并通过终端放大而实现隐性放大。这一特点使得CAN具有很好的抗共模噪声能力，即便是理想对称的情况下也是如此，如图4所示。但即便如此，对于快速上升沿和跳变沿这类问题，仍然存在EMC问题，即使波形看起来完美，但实际上可能存在未被检测到的传导骚扰问题。
最后，我们探讨为什么要使用共模電感。在现有的汽车电子标准CISPR25之下，对传导骚扰限值非常严格，因此许多现有产品均无法满足这些标准，如图5所示。如果在接口处增加适当大小（51μH）的共模電感，则能够显著降低传导骚扰，从而帮助产品更容易通过测试并满足车规要求。但这种做法同样带来了谐振和瞬态高压的问题，如图6所示，其中绿色波形显示了因谐振导致的一次突变。此外，由于感量较大且直接连接至收发器接口，加强或热插拔操作时可能引起瞬态高压，有潜在风险损坏硬件设备。
综上所述，虽然利用合适大小的共模式容量可以有效地减少自通道噪声以及提高远距离通信稳定性的性能，但是必须考虑到它们可能引入的一些缺点，比如与长距离通讯相关的心脏频率阻尼效应，以及与多节点系统相关的大型网络延迟效应。此外，如果选择正确安装和维护这些组件，那么它们还能提供优异性能，以支持复杂网络环境中的数据交换需求，并保持系统整体健康状态。此举有助于确保数据安全，并最大化资源利用率，使得整个系统更加灵活、耐用且经济实惠，为用户提供无缝、高效及可扩展性的解决方案。
