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CAN总线共模电感51μH和100μH如何选择？
一、为什么需要共模电感？
1.1 CAN总线干扰主要来自共模噪声和差模噪声。共模噪声通常是由接地环路干扰和 EMI（电磁干扰）引起的，这种干扰同时发生在两条传输线中，且电位以地为参考。
例如，在复杂的电磁环境中，附近大型电气设备运行时产生的电磁干扰可能通过空间耦合进入CAN总线，形成共模噪声；差模噪声主要是由两条传输线之间发生的信号串扰引起的。例如，在高速数据传输过程中，相邻信号线上的信号可能会相互干扰，导致差模噪声的产生。
当共模电流流过共模电感时，由于其特殊的绕制方式，磁环中形成的磁力线相互叠加，为电感呈现出高阻抗，有效衰减共模噪声。但对于差模信号，磁环中形成的磁力线相互抵消，仅受线圈电阻和很小的漏感的影响，几乎无衰减地通过。
共模电感还可以帮助满足CISPR25/EN 61000等EMC标准。在汽车电子领域，根据CISPR25标准，对传导骚扰的限值有严格的要求。许多 CAN 收发器在未添加共模电感器的情况下就超出了极限值。但加入51μH共模电感后，各个频段的噪声改善都相当明显，测试都能顺利通过。
3.1 共模电感在CAN网络中的地位
CAN网络中的共模电感通常靠近收发器放置，并与120Ω终端电阻并联。将它们靠近收发器放置可以更有效地抑制收发器接口处的共模噪声，减少噪声对信号传输的影响。由于CAN总线的特性阻抗一般为120Ω，因此并联120Ω终端电阻。这有助于匹配总线的特性阻抗，防止信号反射，力求信号传输质量。如果阻抗不匹配，信号传输到接收端时会发生信号反射，造成总线信号振铃，影响CAN网络的正常通信。
共模抑制比（CMRR）是衡量共模电感对共模信号抑制能力的重要指标。 CMRR越高，共模电感抑制共模噪声的效果越好，可以有效衰减共模干扰信号，增强CAN总线的抗干扰能力。寄生电容会影响共模电感的高频性能，因为它在高频时呈现低阻抗，可能会导致部分高频信号通过寄生电容泄漏，从而降低共模电感对高频共模噪声的抑制效果。因此，在高频应用场景中，应特别关注共模电感的寄生电容参数。
二. 51μH 和 100μH 之间的主要区别
2.1 电感量的差异 51μH 属于低电感量。具有良好的高频响应，能够有效抑制较高频率下的共模噪声，适合高频信号传输场景。例如：汽车电子中的CAN FD 5Mbps高速通信中，51μH共模电感可以很好地应对高频尖峰干扰。 100μH是高电感，低频抑制能力强。对低频共模噪声有良好的衰减效果，更适合低频干扰较多的环境。例如：针对工业长途储能消防总线中存在的50Hz工频干扰，100μH共模电感可以发挥其低频抑制的优势。 2.2 寄生电容比较 51μH 的寄生电容小于10pF。这种低寄生电容特性使其适合高速信号传输。因为在高速信号传输过程中，低寄生电容可以减少信号泄漏和失真，力求信号完整性。 100μH的寄生电容在15 - 20pF之间。相对较高的寄生电容可能会导致高频下的谐振问题，影响信号质量。因此，在使用100μH共模电感时，应特别注意谐振现象，必要时应采取相应措施，避免谐振引起信号干扰。 2.3 直流电阻差异 51μH 的直流电阻小于50mΩ。较低的直流电阻意味着电路中的功耗较少，有利于降低系统能耗，提高能源利用效率。 100μH的直流电阻在80-120mΩ之间。比较高的直流电阻需要考虑其对长距离传输时信号损耗的影响，因为电阻在传输过程中会造成信号一定的衰减，可能会影响信号的传输质量和距离。 2.4 尺寸和成本 51μH 和100μH 通常采用小尺寸封装，如4532/1812in 和3225/1206 封装。尺寸小，在电路板布局中占用的空间较小，便于设计和集成，而且成本相对较低，在成本敏感的项目中具有一定的优势。但随着尺寸变小，对工艺和材料的要求就越高，成本也会增加！尺寸与成本之间呈“微笑形”关系。
三．设计陷阱避免和测试验证 3.1 在高速总线中谨慎使用 100μH
在数据速率超过5Mbps的高速总线中，应谨慎使用100μH共模电感。由于100μH共模电感的寄生电容较大，在高速信号传输过程中，可能会导致信号上升沿出现较大的过冲，影响信号质量和通信稳定性。一般要求信号上升沿允许的过冲≤20%。如果使用100μH共模电感导致过冲超过此标准，则需要重新考虑选型或采取其他措施来优化信号。 3.2 长距离总线所需的补偿 在长距离总线中使用100μH 共模电感时，需要搭配4.7nF 电容进行补偿，以避免LC 谐振。 100μH的共模电感和总线的分布电容可能形成LC谐振电路，在特定频率下产生谐振，导致信号严重失真。通过搭配4.7nF电容，可以改变电路的阻抗特性，避免谐振的发生，力求长距离信号传输的稳定性。 3.3 热插拔场景 在热插拔场景中，优先选择 51μH 共模电感。由于51μH的电感较低，热插拔时产生的瞬态电压相对较小，可以降低收发器和其他器件损坏的风险。相比之下，100μH共模电感的电感量较大，热插拔时会产生较大的瞬态电压，可能损坏设备。因此，在热插拔频繁的场景下，51μH共模电感是更合适的选择。
四．测试验证流程 4.1 示波器测量 使用示波器测量差分信号眼图。
对于51μH共模电感，要求眼图宽度>80%，对于100μH共模电感，要求眼图宽度>70%。眼图是评估数字信号传输质量的重要工具。眼图宽度越宽，信号的噪声容限越大，信号传输越可靠。通过观察眼图，可以直观地了解信号的质量和稳定性。 4.2 EMC 测试 进行传导发射测试。对于CISPR 25 Class 2标准，传导发射要求≤-45dBμV。传导发射测试用于检测设备通过电源线或信号线发射的电磁干扰，力保设备符合相关EMC标准，避免对其他设备产生干扰。 4.3 环境模拟试验在电机干扰箱中进行。对于100μH共模电感，要求在100kHz - 10MHz频率范围内的衰减>20dB。电机在运行过程中会产生复杂的电磁干扰。通过在电机干扰箱中模拟这种干扰环境，可以测试共模电感在实际干扰环境下的性能，评估其在不同频率下抑制干扰的能力。
五、总结比较表附录
（可选）51μH共模电感可参考TDK ACT45B-510、村田LQW18AN510M、银特电子型号：CML4532A-510T、CML3225A-510T 这些型号的51μH共模电感具有高频响应特性好、寄生电容小、直流电阻低等优点，适用于汽车电子、高速数据传输等场景。 100μH共模电感可参考Coilcraft XEL1040-101M银特电子型号：CML4532A-101T、CML3225A-510T。具有100μH电感，可有效抑制低频干扰，在大尺寸封装中，满足长距离、多节点通信的电感性能要求。 CAN协议标准 核心标准：ISO 11898-1:2024（新款版本，涵盖数据链路层和物理层） ISO 11898-2:2016：规定了高速CAN的电气特性（如差分电压、120Ω终端电阻），适用于汽车电源系统等高带宽场景。 ISO 11898-4:2004：时间触发 CAN (TTCAN)，用于需要精确同步的工业控制。 ISO 11898-5:2007：低功耗CAN，适用于节能场景（例如车辆睡眠模式）。 ISO 11519-2:1994：曾经是低速 CAN（<125 kbit/s）的物理层标准，现已被 ISO 11898-3 取代，但仍在一些旧系统中使用。 ISO 15765（ISO-TP）：定义了CAN总线上的传输协议，解决了8字节负载限制，支持长报文的分段传输。 ISO 14229（UDS）：统一诊断服务，实现基于CAN的车辆ECU远程诊断（如故障码读取、程序刷新）。汽车领域：J1939（商用车）、ISO 11783（农业机械）；工业领域：CANopen、DeviceNet等上层协议均基于ISO 11898。
