低成本高電磁兼容性的CAN收發器

如今，電子元器件在現代汽車中被廣泛使用。在傳統的汽車中，電子元器件成本約占車輛成本的27%。而在現今的某些高檔汽車中，這一比例增加到差不多50%，在混合動力電動汽車(HEV)及純電動汽車中此比例甚至更高。由于電子元器件數量增加，要確保不同電子控制單元(ECU)之間可靠通信，電磁兼容性設計就將變得越來越復雜(圖1)。

CAN總線是汽車核心通信網絡的事實標準，CAN收發器性能則是CAN網絡性能的關鍵組成部分。安森美半導體公司開發了符合不同標準和原始設備制造商(OEM)特定要求的各種CAN收發器。

CAN通信節點的典型前端包括一個CAN收發器、一個共模扼流圈和一個ESD保護電路。圖2是這類電路的一個示例(注：網絡的第一個及最后一個節點也包含了帶可選共模穩定的端接電阻，本文未討論)。

圖1：CAN總線中的ECU。

電路中使用共模(CM)扼流圈來改善電磁兼容性(EMC)方面的網絡性能。使用共模扼流圈的主要原因是通過消除共模CAN信號中的偽差分信號(differential artifact)來降低電磁輻射(EME)。由于自身長度和遍布車身各處的緣故，CAN線纜還可充當很好的天線。

圖2：典型CAN節點模塊圖。

共模扼流圈還有利于改善電磁敏感度(EMS)，雖然某些時候在某些頻率范圍內效果可能恰恰相反，可能因此而降低網絡的免疫力。這主要是因為共模電感及網絡電容產生了諧振電路，將額外的EMC信號耦合至線纜之中。

共模扼流圈作為感應元件由于存在電感性反激效應，將可能產生極高的瞬態電壓。這種情況主要會在間歇性的對電池或對其它任何電源電壓短路的條件下出現。施加在收發器引腳上的電壓瞬態最大值受下述公式限制，或者由芯片中的ESD保護電路鉗位。

其中，“Ilim”是CAN發射器的電流限制值，“L”是扼流圈電感，“C”是扼流圈與收發器總線引腳間的總電容。

產生的瞬態電壓如果超過收發器的絕對最大額定值，則有可能產生可靠性方面的影響，在最壞情況下，還有可能導致收發器和/或網絡中其它元器件完全失效。當然，這些瞬態現象對信號完整性有著明顯的不利影響。

圖3是對電池靜態短路情況下(左圖)及對地靜態短路情況下(右圖)的CAN總線瞬態過程示例(此波形圖中，黃色對應TXD，粉紅色對應特殊的CAN引腳，綠色對應RXD，紫色對應短路的CAN總線引腳)。

圖3：使用共模扼流圈的CAN總線短路瞬態過程。