目录

1、共模电感

1.1、电感值

1.2、泄漏电感

1.3、直流电阻

1.4、CMC的模式转换特性

2、终端分立电阻

3、总线电容

4、ESD保护二极管

在汽车领域，电磁兼容性（EMC）问题一直备受瞩目。相较于传统汽车，新能源汽车的EMC挑战更为显著，对总线接口芯片的EMC性能提出了更高的要求。为了实现卓越的EMC表现，除了芯片本身的优化设计外，芯片外围电路的精心设计与完善同样至关重要。

本篇博文将重点探讨CAN芯片外围电路的参考设计，以助力提升整体EMC性能，如下图所示：

1、共模电感

共模电感独具特性，它在共模信号下呈现高阻抗，而在差模信号下则表现为低阻抗。这一特性使其在抑制共模噪声干扰方面表现出色。在汽车CAN网络中，共模电感的应用对于提升系统的EMC性能起到了关键作用。它不仅能有效滤除系统通过CAN总线自身发射的干扰噪声，降低对其他系统的潜在影响，还能抑制其他系统产生的干扰噪声对CAN总线通信的干扰，确保通信的稳定与可靠。

如下图所示，展示了NOVOSENSE CAN收发器在EMI测试中的结果对比。通过对比总线加共模电感（CMC）和不加CMC的测试结果，可以明显观察到CMC对于抑制通过CAN总线发射出的电磁干扰具有显著效果。

在实际选型过程中，我们需关注CMC的多个关键特性，包括电感值、漏感（leakage inductance）、直流电阻（DC resistance）以及模式转换特性（mode conversion characteristics），以确保所选CMC能够最优化地满足系统的EMC需求。

1.1、电感值

在选取CMC电感值时，我们首要考虑的是其对总线共模噪声的抑制能力。为了有效抑制共模噪声，CMC在共模噪声频率处应具备尽可能高的电感值，从而呈现高阻抗状态，阻止噪声传播。然而，电感值的选择并非越大越好，过大的电感值会带来尺寸和成本上的挑战。

综合考虑，针对500kbps的CAN通信，推荐使用51uH电感值的CMC；而对于2Mbps的CAN FD通讯，则建议采用100uH电感值的CMC，以实现共模噪声的有效抑制并兼顾尺寸与成本。

1.2、泄漏电感

泄漏电感，亦称为差模电感，对差模信号具有一定的抑制效果。然而，过大的泄漏电感可能会引发CAN信号的振铃现象，从而干扰CAN总线的正常通讯。与此同时，适量的泄漏电感又能有效抑制CAN总线中的差模电流，进而提升系统的整体EMI性能。

因此，在权衡泄漏电感的影响时，我们应确保其既能发挥差模抑制作用，又不至于在总线信号上产生显著的振铃，确保CAN总线的正常通讯不受干扰。适度的泄漏电感对于优化系统性能是有益的。

1.3、直流电阻

共模电感的直流电阻对总线信号的损耗具有直接影响。随着直流电阻的增大，总线信号的损耗也会相应增加，从而导致传输效率降低。因此，在确定了共模电感的电感值之后，选择直流电阻尽可能小的CMC显得尤为重要。

这样做可以有效减少总线信号的损耗，提高信号传输效率，确保CAN总线通信的稳定性和可靠性。

1.4、CMC的模式转换特性

共模电感的模式转换特性揭示了其上下线圈的对称程度，这一特性通过Ssd12/Sds21参数来衡量。当Ssd12/Sds21参数的差异较大时，意味着模式转换特性更为显著，可能表明CMC的上下线圈存在较大的不对称性。这种不对称性会在CAN总线通信过程中引入额外的共模噪声，从而降低CMC的EMI滤波效能。因此，在选择CMC时，我们应倾向于选择那些Ssd12/Sds21参数接近的器件，以优化EMI性能。

如下图所示的DLW32SH101XF2阻抗与频率特性曲线，清晰地展示了CMC在共模噪声频率下的高共模阻抗Zc，这有助于有效抑制共模噪声。同时，在CAN总线通信频段内，CMC保持了较低的差模阻抗Zd，确保在抑制共模噪声的同时，不会对总线的正常通讯造成不利影响。

在CAN网络的正常通信过程中，若总线遭遇异常故障，例如短路至BAT或Vcc，CMC的存在可能导致总线上产生接近或超出总线耐受电压的瞬态电压。对于NOVOSENSE系列的CAN收发器而言，此类因总线短路而在CMC上产生的瞬态过压，恰好满足芯片总线引脚内部ESD防护电路的启动条件。

因此，由CMC感生的过压能量将通过内部ESD防护电路得到完全泄放，确保芯片免受任何损害，从而保障了收发器的可靠性和稳定性。 

2、终端分立电阻

在包含多个节点的CAN网络中，我们依靠总线将各个CAN收发器的CANH和CANL引脚连接起来以实现通信。通常，在首端节点和末端节点的总线上会分别并联一个电阻，其阻值通常与总线的特征阻抗相匹配。这个电阻的主要作用包括以下几点：

匹配总线特征阻抗，阻止信号反射，保证信号传输质量

CAN总线的特征阻抗通常为120Ω，而CAN收发器在隐性状态下的总线差分输入电阻高达数十kΩ。当发射节点的信号通过总线传输至接收节点时，由于阻抗不匹配，信号会发生反射，进而导致总线信号出现振铃现象。这种振铃不仅会影响CAN网络的正常通信，还可能引起数据误判或通信中断。

为了解决这个问题，在接收端并联一个与总线特征阻抗相匹配的电阻（通常为120Ω）是一个有效的解决方案。这样做的目的是吸收信号到达接收端时多余的能量，从而避免振铃的产生。通过这种方式，可以显著提高信号的传输质量，确保CAN网络的稳定运行。

总线负载电阻在45Ω~70Ω范围之间，提升总线的抗干扰性能

如下图所示，中间节点终端电阻阻值应满足使得整个CAN 网络的总线电阻在45Ω-70Ω之间。

例如在一个11节点的 CAN 网络中，RT取124Ω，若总线负载等效电阻值取50Ω，则根据以下公式，可以近似计算得到RS阻值约为2.3kΩ，则RS/2为1.15kΩ。同时为了保持CANH和CANL两条路径的对称，避 免产生新的共模噪声，应选择精度比较高的电阻，尽可能使得阻值一致。 

3、总线电容

为了提升CAN总线的EMC性能，除了在总线上加装CMC和采用分立终端匹配电阻的方法外，还可以分别在CANH和CANL上添加对地电容。这种方法能够有效滤除总线上的高频噪声，从而在一定程度上提高CAN总线的EMC性能。

然而，在选择对地电容值时，需要综合考虑多种因素。如果电容值过大，可能会导致总线信号衰减，上升和下降时间延长，缩短bit时间，从而影响总线的正常通讯。此外，对地电容容值与信号源的阻抗所组成的RC低通滤波器的截止频率应高于CAN总线的通讯速率，以确保CAN总线的正常通讯。

因此，在选择合适的对地电容时，需要综合考虑总线长度、节点数量、通讯速率等因素。通常情况下，对于2Mbps的CANFD通讯，建议总线对地电容不超过100pF。

4、ESD保护二极管

在汽车或工业应用中，对于具有外部连接接口的系统，安装和维护过程中可能积累过量的电荷。这些电荷通过接口线缆流入模块，其放电能量可能高达数十千伏。在这种情况下，位于接口端的接口芯片会受到严重损害，可能导致系统无法正常工作。因此，保护接口收发器免受ESD（静电放电）影响对于系统应用至关重要。

尽管CAN收发器芯片内部已设计有相关的ESD保护电路，但由于受限于芯片尺寸，总线端的ESD防护能力通常不足以应对某些环境下的ESD冲击。因此，需要使用外部ESD保护二极管来增强系统端的ESD防护能力。瞬态电压抑制（TVS）二极管是一种常用于外部ESD防护的器件。

对于 TVS 管的选取，除了要考虑其瞬时响应特性，能快速泄放瞬间大能量，我们还应注意以下几个参数：

反向关断电压（VRWM）

反向关断电压参数反映了TVS管在非导通状态下的最大承受电压。在CAN总线正常运行时，TVS管应保持截止状态。一旦CAN总线遭遇异常过压，达到TVS管的击穿电压，TVS管便会迅速从高阻态切换到低阻态，将总线上的瞬时过流引导至地，从而保护CAN收发器和总线。因此，为确保CAN总线的正常通讯不受影响，TVS管的反向关断电压必须高于CAN总线的正常工作电压。通常情况下，TVS管的反向关断电压应高于CAN收发器总线的共模电压工作范围。

击穿电压(VBR)

V_BR 表征 TVS 管通过一定电流时的两端电压，在这个电压下，TVS 管呈现低阻抗特性。一般情况下 V_BR 会略高于 V_RWMo。

 钳位电压(VCL)

V_CL表示在峰值脉冲电流下TVS管能够达到的最大钳位电压值。对于CAN总线系统来说，确保TVS管的VCL值低于CAN总线的绝对最大额定电压（AMR）是至关重要的，以避免对CAN收发器造成潜在损害。

峰值脉冲功率(P_PP)

峰值脉冲功率为峰值脉冲电流与钳位电压Va的乘积，Pp越大，在给定最大钳位电压条件下，TVS管的瞬态浪涌电流吸收能力越大，TVS管的ESD保护效果越好。因此，在选择V的前提下，应选择Pp较大的TVS管。

电容(Cd)

Cd表征在一定频率下TVS管的寄生电容大小。在CAN总线应用中，为了确保CAN总线通讯频率不受影响，应选择具有较低寄生电容的TVS管，以避免对总线信号产生较大衰减，从而保证通信质量。

TVS管应尽量放置在模块的对外连接处，以便快速将外部能量泄放到地，提高保护效果。此外，TVS管的走线应尽可能短，以减少线路的寄生电感和阻抗影响。寄生电感可能导致VCL电压的增加，而走线阻抗则会降低TVS管对浪涌能量的泄放能力。

参考资料：纳芯微CAN收发器节点计算与外围电路参考设计