然而,在添加共模扼流圈时会带来一些缺点。使用共模扼流圈时的一个明显劣势就是印刷电路板上需要额外的空间,并且会产生多余的物料清单成本。不过,除此之外,还应该考虑某些对CAN总线的细微影响。由于扼流圈线圈会引入某些串联电感,当这个电感与CAN网络的寄生电容组合在一起时会生成谐振。尽管在大多数频带内减少了共模噪声,这些谐振会在谐振频率上导致噪声数量增加。可以在图5中所示的共模噪声波形中观察到这个影响。
图5:由扼流圈电感导致的共模噪声
这个窄带噪声特别难管理。它的幅度往往很强,并且,由于扼流圈电感和总线电容的变化,其频率也会随着系统的不同而发生变化。需要注意的是,一个共模扼流圈的电感值通常在较宽的公差范围内指定(比如说标称值的-30%到50%)。相似地,一个CAN网络的总线电容将根据所使用电缆连接的类型和长度、网络中的节点数量和每个节点的设计而发生变化。
共模扼流圈的另外一个意外结果就是总线上增高的大瞬态电压风险。诸如到电源、电池电压或系统接地的短接等故障情况会导致共模电流的突然变化。这会在短路连接/断开,以及CAN驱动在显性和隐性状态之间变换时出现。当流经扼流圈电感的电流快速变化时,会在驱动器IC的CAN端子上产生一个较大的电压电位。在某些情况下,这个电压有可能超过CAN器件的瞬态过压处理能力,并且会导致损坏。
为了在避免与共模扼流圈有关的不利影响的同时减少放射,可使用一个替代解决方案:减少CAN驱动器的共模噪声输出。这看起来似乎简单而又直接,但是这需要半导体厂商进行仔细而又认真的设计。隐性和显性状态期间的CANH和CANL电压电平需要受到严格控制,以确保CAN总线波形尽可能地保持平衡。
此外,当CANH和CANL线路在显性和隐性状态之间变换时,它们之间的变换时间和定时偏移需要良好匹配,以限制出现在高频频带内的共模噪声。
针对TI TCAN1042-Q1 CAN收发器的瞬态波形如图6中所示。图7中给出的是相应的放射曲线图。
图6:CANH/CANL输出和共模噪声
图7:一个汽车故障保护CAN收发器的传导放射
TCAN1042-Q1的良好匹配输出级使得输出共模噪声极低。这使得在不使用扼流圈等外部共模滤波组件的情况下,放射性能符合OEM的要求。
结论
虽然共模扼流圈作为一种缓解CAN总线EMC问题的方法,目前广泛应用于汽车行业,全新的高性能收发器正在使共模扼流圈变得可有可无。不使用共模扼流圈,可以在避免电路谐振和电感电压尖峰等问题的同时,使CAN总线的实现方式变得更小、成本更低。