低成本高電磁兼容性的CAN收發(fā)器

如今，電子元器件在現(xiàn)代汽車中被廣泛使用。在傳統(tǒng)的汽車中，電子元器件成本約占車輛成本的27%。而在現(xiàn)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(shù)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(shè)計就將變得越來越復(fù)雜(圖1)。

CAN總線是汽車核心通信網(wǎng)絡(luò)的事實標(biāo)準(zhǔn)，CAN收發(fā)器性能則是CAN網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵組成部分。安森美半導(dǎo)體公司開發(fā)了符合不同標(biāo)準(zhǔn)和原始設(shè)備制造商(OEM)特定要求的各種CAN收發(fā)器。

CAN通信節(jié)點的典型前端包括一個CAN收發(fā)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(wǎng)絡(luò)的第一個及最后一個節(jié)點也包含了帶可選共模穩(wěn)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(wǎng)絡(luò)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(dāng)很好的天線。

圖2：典型CAN節(jié)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(nèi)效果可能恰恰相反，可能因此而降低網(wǎng)絡(luò)的免疫力。這主要是因為共模電感及網(wǎng)絡(luò)電容產(chǎn)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(yīng)元件由于存在電感性反激效應(yīng)，將可能產(chǎn)生極高的瞬態(tài)電壓。這種情況主要會在間歇性的對電池或?qū)ζ渌魏坞娫措妷憾搪返臈l件下出現(xiàn)。施加在收發(fā)器引腳上的電壓瞬態(tài)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(fā)射器的電流限制值，“L”是扼流圈電感，“C”是扼流圈與收發(fā)器總線引腳間的總電容。

產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓如果超過收發(fā)器的絕對最大額定值，則有可能產(chǎn)生可靠性方面的影響，在最壞情況下，還有可能導(dǎo)致收發(fā)器和/或網(wǎng)絡(luò)中其它元器件完全失效。當(dāng)然，這些瞬態(tài)現(xiàn)象對信號完整性有著明顯的不利影響。

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