由于汽車內(nèi)電子元器件的密度在逐年增加，我們需要確保車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)在電磁兼容性(EMC) 方面保持高性能。這樣的話，當(dāng)不同子系統(tǒng)被集成在一個較大解決方案中，并且在常見(嘈雜)環(huán)境中運行時，這些子系統(tǒng)能夠正常運轉(zhuǎn)。雖然有很多不同的車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)互連標(biāo)準(zhǔn)，并且汽車原始設(shè)備制造商 (OEM) 對于EMC也有多種不同的要求，這篇文章主要討論一個已經(jīng)被證明具有特別挑戰(zhàn)性的話題：一個控制器局域網(wǎng) (CAN) 總線的射頻 (RF) 放射。 CAN使用均衡的差分信令來發(fā)送波特率，高達1Mbps(或者更高，前提是使用“靈活數(shù)據(jù)速率”變量)的二進制數(shù)據(jù)。理想情況下，差分信令的使用避免了所有外部噪聲耦合。由于每一半差分對(被稱為CANH和CANL)在變化時是對稱的，它們的噪聲帶來的干擾是具有破壞性的。然而，沒有CAN收發(fā)器是完全理想的，并且CANH和CANL信號之間的低值不對稱會產(chǎn)生未經(jīng)完全均衡的差分信號。當(dāng)這一情況發(fā)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(xiàn)出與數(shù)據(jù)有關(guān)的噪聲。
兩個主要的不均衡類型會導(dǎo)致這個噪聲。其中一個就是顯性(被驅(qū)動)和隱性(高阻抗)狀態(tài)期間穩(wěn)定狀態(tài)共模電壓電平之間的不匹配。
這個穩(wěn)定狀態(tài)不匹配會導(dǎo)致一個類似于CAN數(shù)據(jù)本身縮放版本的噪聲圖形。這個噪聲圖形在它的頻譜內(nèi)很寬，表現(xiàn)為一系列延伸至極低頻率且間隔均勻的離散頻譜線。定時不匹配會導(dǎo)致一個由短脈沖或干擾組成的噪聲圖形，只要數(shù)據(jù)中有邊緣變換，它就會出現(xiàn)。這個噪聲圖形的頻譜含量往往集中比較高的頻率上。
圖1中的波形顯示了一個可以在典型CAN收發(fā)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，并且綠色軌跡線(數(shù)據(jù)功能)是CANH與CANL的和。這個求和的過程給出了一個波形，它的值等于此時一個指定點上共模電壓的2 倍。
圖1：典型CAN收發(fā)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(yīng)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(yīng)的。
由于信號的共模部分能夠與系統(tǒng)(或與外部系統(tǒng))中的其它分量耦合在一起(通過輻射或傳導(dǎo)路徑)，這個共模噪聲直接影響放射性能。這個器件的傳導(dǎo)放射按照工業(yè)電氣工程/電子 (IBEE) 茨維考技術(shù)的工程服務(wù)進行測量；如圖2中所示，這個器件的傳導(dǎo)放射連同一個普通汽車原始設(shè)備制造商(OEM)限值線一同繪制。
圖2：一個典型CAN收發(fā)器的傳導(dǎo)放射
這個收發(fā)器的輸出放射超過了低頻和高頻區(qū)域內(nèi)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(gòu)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面，要使得共模電流(也就是說，每個線圈內(nèi)的電流方向一致)具有共用同一極性的磁通量。這使得共模扼流圈可以運行為針對共模信號的電感器，從而提供一個隨上升的頻率而增加的阻抗。相反地，差分模式電流(也就是說，每個線圈內(nèi)的電流方向相反)將使它們的磁通量與反向極性相互作用。對于諸如CAN信號的均衡波形，每個線圈內(nèi)相反磁通量的幅度將會相等，因此不會在鐵芯內(nèi)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(shù)在減少CAN總線放射方面十分有效。例如，當(dāng)用一個51μH共模扼流圈對上面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(fā)器(具有共模扼流圈)的傳導(dǎo)放射
