低成本高电磁兼容性的CAN收发器

如今，电子元器件在现代汽车中被广泛使用。在传统的汽车中，电子元器件成本约占车辆成本的27%。而在现今的某些高档汽车中，这一比例增加到差不多50%，在混合动力电动汽车(HEV)及纯电动汽车中此比例甚至更高。由于电子元器件数量增加，要确保不同电子控制单元(ECU)之间可靠通信，电磁兼容性设计就将变得越来越复杂(图1)。

CAN总线是汽车核心通信网络的事实标准，CAN收发器性能则是CAN网络性能的关键组成部分。安森美半导体公司开发了符合不同标准和原始设备制造商(OEM)特定要求的各种CAN收发器。

CAN通信节点的典型前端包括一个CAN收发器、一个共模扼流圈和一个ESD保护电路。图2是这类电路的一个示例(注：网络的第一个及最后一个节点也包含了带可选共模稳定的端接电阻，本文未讨论)。

图1：CAN总线中的ECU。

电路中使用共模(CM)扼流圈来改善电磁兼容性(EMC)方面的网络性能。使用共模扼流圈的主要原因是通过消除共模CAN信号中的伪差分信号(differential artifact)来降低电磁辐射(EME)。由于自身长度和遍布车身各处的缘故，CAN线缆还可充当很好的天线。

图2：典型CAN节点模块图。

共模扼流圈还有利于改善电磁敏感度(EMS)，虽然某些时候在某些频率范围内效果可能恰恰相反，可能因此而降低网络的免疫力。这主要是因为共模电感及网络电容产生了谐振电路，将额外的EMC信号耦合至线缆之中。

共模扼流圈作为感应元件由于存在电感性反激效应，将可能产生极高的瞬态电压。这种情况主要会在间歇性的对电池或对其它任何电源电压短路的条件下出现。施加在收发器引脚上的电压瞬态最大值受下述公式限制，或者由芯片中的ESD保护电路钳位。

其中，“Ilim”是CAN发射器的电流限制值，“L”是扼流圈电感，“C”是扼流圈与收发器总线引脚间的总电容。

产生的瞬态电压如果超过收发器的绝对最大额定值，则有可能产生可靠性方面的影响，在最坏情况下，还有可能导致收发器和/或网络中其它元器件完全失效。当然，这些瞬态现象对信号完整性有着明显的不利影响。

图3是对电池静态短路情况下(左图)及对地静态短路情况下(右图)的CAN总线瞬态过程示例(此波形图中，黄色对应TXD，粉红色对应特殊的CAN引脚，绿色对应RXD，紫色对应短路的CAN总线引脚)。

图3：使用共模扼流圈的CAN总线短路瞬态过程。