浅谈数据线扼流圈改善电磁兼容问题使汽车更加安全

　　近年来，汽车内的电子设备比例在显著增长，随之也产生了更多的功能，用以提高汽车的安全性、可靠性以及便利性。与此相对应的是针对总线系统的日益增长的要求：确保在最多样化的控制单元之间实施可靠通信，特别是经由总线系统如控制器局域网(CAN)或FlexRay系统控制对安全性至关重要的应用，它们必须满足最高的电磁兼容性规格。数据线中的共模扼流圈(CMC)可加强由电磁兼容性问题所导致的故障的防护。

　　当代机动车辆控制功能的复杂性在于三点：更快的数据速率、确定时延性能以及故障容错功能。以成本考量为主的功能或多媒体功能由LIN(局域互连网)或MOST(媒体导向系统传输)总线进行连接，而CAN或FlexRay总线系统则用于对安全至关重要的应用，比如引擎控制、ABS系统以及气囊等。CAN和FlexRay采用双绞线，具备确定时延性，可实现快速数据速率(CAN总线：1Mbit/s；FlexRay总线：10Mbit/s)。这两种总线系统的物理层和数据传送协议均已经过优化，可确保高度可靠性。不过，鉴于现代车辆逐渐增加的复杂性，单凭上述措施并不能彻底防止电磁兼容性问题导致的故障。

　　由爱普科斯生产的控制器局域网(CAN)总线扼流圈，可防止汽车网络中出现的电磁兼容性(EMC)问题，从而提高安全性。

　　CAN总线电磁兼容性与电磁干扰

　　汽车总线系统必须符合高级电磁兼容性的要求：针对瞬变、静电放电(ESD)及电磁干扰(EMI)的抗扰度，同时还不能干扰其它电子元件，也就是说，必须最小化干扰辐射。不过，随着车辆内部电子设备比例的增加，无法在所有条件下都预先测试电磁兼容性，这就存在出故障甚至控制装置受损的风险。

　　解决这些问题通常必须区别差模和共模干扰。差模干扰与数据信号重合，而共模干扰则是对地的，它源于不平衡性和寄生效应。最小化共模干扰，必须特别注意总线信号线的布线、终端滤波器、连接器以及电路板本身。穿通接头或连接接头的寄生电容和电感，以及总线信号引线在电路板上的布局都可能会引起不对称性，并产生共模干扰。

　　常用于测定射频影响电磁兼容性的方法是Te直接射频功率注入(DPI)法：将来自信号发生器的信号(最高可达36 dBm)耦合到总线引线中，并观察信号输出。如果发生故障，就记录接入信号的信号电平。针对有关范围内的每一个对应频率逐步重复这一流程。一个特定的总线结构的射扰辐射是通过测试接收机决定的，用它来测量总线及所有输入输出处的共模电压。图1所示测试结构用于电磁干扰测量与总线扼流圈效果的测定。

　　在采用和未采用爱普科斯扼流圈的情况下，用DPI方法分别在测试板上进行射频抗扰性和干扰辐射测量。从图2和图3中可以看出CAN总线相应结果。显然，B82789共模扼流圈的使用大大改善了射频抗扰性。同时，扼流圈在数据线中的使用也大大减少了干扰辐射。

　　数据线扼流圈可以显著提高CAN总线系统的可靠性。尽管较高电感的扼流圈会由于较高的衰减产生比较好的电磁兼容性，但要选择最合适的扼流圈，就还是要考虑杂散电感、信号完整性、接地漂移以及引线的坚固性等因素。

　　爱普科斯现可供应能够满足汽车具体要求的、具有不同封装尺寸和版本的各种型号产品。B82789系列扼流圈专用于功能强大的汽车总线系统，比如CAN或FlexRay。当上述扼流圈应用到数据线上时，就能抑制耦合干扰并防止数据总线发出干扰。该系列产品工作电压为42VAC或80VDC，扼流圈的额定电感介于11~100μH之间，额定电流介于150~300 mA之间。

　　FlexRay电磁兼容性与电磁干扰

　　FlexRay是一个串行的、具确定时延和故障容错的总线系统。FlexRay由FlexRay联盟(FlexRay Consortium)定义，它的设计旨在满足未来汽车网络的更高要求，特别是快速数据速率、实时响应能力以及故障容错性能。目前的焦点是更快的数据速率。

　　物理层应用指南明确指出了对FlexRay网络数据线扼流圈的总体要求，比如引线电阻(小于1Ω)、电感(大于50μH)以及杂散电感(小于1μH)。对电磁辐射和电磁干扰的测定与CAN总线一样。不过，由于10Mbit/s的更高传输率，需要更加仔细地检查信号完整性。对具有各种电感的扼流圈与不使用扼流圈的测试板进行DPI测定的相应评估结果如图4。图5所示为使用另一块测试板进行电磁干扰测量的结果，同样是针对具有不同电感的扼流圈。很显然，数据线扼流圈的使用改善了电磁兼容性并减少了干扰辐射。当电感更高时，作用就更大。但是，更高的电感值会对信号完整性产生一定的负面影响。