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CAN總線共模電感51μH和100μH如何選擇？
一、為什麼需要共模電感？
1.1 CAN總線乾擾主要來自共模噪聲和差模噪聲。共模噪聲通常是由接地環路干擾和 EMI（電磁干擾）引起的，這種干擾同時發生在兩條傳輸線中，且電位以地為參考。
例如，在復雜的電磁環境中，附近大型電氣設備運行時產生的電磁干擾可能通過空間耦合進入CAN總線，形成共模噪聲；差模噪聲主要是由兩條傳輸線之間發生的信號串擾引起的。例如，在高速數據傳輸過程中，相鄰信號線上的信號可能會相互干擾，導致差模噪聲的產生。
當共模電流流過共模電感時，由於其特殊的繞製方式，磁環中形成的磁力線相互疊加，為電感呈現出高阻抗，有效衰減共模噪聲。但對於差模信號，磁環中形成的磁力線相互抵消，僅受線圈電阻和很小的漏感的影響，幾乎無衰減地通過。
共模電感還可以幫助滿足CISPR25/EN 61000等EMC標準。在汽車電子領域，根據CISPR25標準，對傳導騷擾的限值有嚴格的要求。許多 CAN 收發器在未添加共模電感器的情況下就超出了極限值。但加入51μH共模電感後，各個頻段的噪聲改善都相當明顯，測試都能順利通過。
3.1 共模電感在CAN網絡中的地位
CAN網絡中的共模電感通常靠近收發器放置，並與120Ω終端電阻並聯。將它們靠近收發器放置可以更有效地抑制收發器接口處的共模噪聲，減少噪聲對信號傳輸的影響。由於CAN總線的特性阻抗一般為120Ω，因此並聯120Ω終端電阻。這有助於匹配總線的特性阻抗，防止信號反射，力求信號傳輸質量。如果阻抗不匹配，信號傳輸到接收端時會發生信號反射，造成總線信號振鈴，影響CAN網絡的正常通信。
共模抑制比（CMRR）是衡量共模電感對共模信號抑制能力的重要指標。 CMRR越高，共模電感抑制共模噪聲的效果越好，可以有效衰減共模干擾信號，增強CAN總線的抗干擾能力。寄生電容會影響共模電感的高頻性能，因為它在高頻時呈現低阻抗，可能會導致部分高頻信號通過寄生電容洩漏，從而降低共模電感對高頻共模噪聲的抑制效果。因此，在高頻應用場景中，應特別關注共模電感的寄生電容參數。
二. 51μH 和 100μH 之間的主要區別
2.1 電感量的差異 51μH 屬於低電感量。具有良好的高頻響應，能夠有效抑制較高頻率下的共模噪聲，適合高頻信號傳輸場景。例如：汽車電子中的CAN FD 5Mbps高速通信中，51μH共模電感可以很好地應對高頻尖峰干擾。 100μH是高電感，低頻抑制能力強。對低頻共模噪聲有良好的衰減效果，更適合低頻干擾較多的環境。例如：針對工業長途儲能消防總線中存在的50Hz工頻干擾，100μH共模電感可以發揮其低頻抑制的優勢。 2.2 寄生電容比較 51μH 的寄生電容小於10pF。這種低寄生電容特性使其適合高速信號傳輸。因為在高速信號傳輸過程中，低寄生電容可以減少信號洩漏和失真，力求信號完整性。 100μH的寄生電容在15 - 20pF之間。相對較高的寄生電容可能會導致高頻下的諧振問題，影響信號質量。因此，在使用100μH共模電感時，應特別注意諧振現象，必要時應採取相應措施，避免諧振引起信號干擾。 2.3 直流電阻差異 51μH 的直流電阻小於50mΩ。較低的直流電阻意味著電路中的功耗較少，有利於降低系統能耗，提高能源利用效率。 100μH的直流電阻在80-120mΩ之間。比較高的直流電阻需要考慮其對長距離傳輸時信號損耗的影響，因為電阻在傳輸過程中會造成信號一定的衰減，可能會影響信號的傳輸質量和距離。 2.4 尺寸和成本 51μH 和100μH 通常採用小尺寸封裝，如4532/1812in 和3225/1206 封裝。尺寸小，在電路板佈局中佔用的空間較小，便於設計和集成，而且成本相對較低，在成本敏感的項目中具有一定的優勢。但隨著尺寸變小，對工藝和材料的要求就越高，成本也會增加！尺寸與成本之間呈“微笑形”關係。
三．設計陷阱避免和測試驗證 3.1 在高速總線中謹慎使用 100μH
在數據速率超過5Mbps的高速總線中，應謹慎使用100μH共模電感。由於100μH共模電感的寄生電容較大，在高速信號傳輸過程中，可能會導致信號上升沿出現較大的過衝，影響信號質量和通信穩定性。一般要求信號上升沿允許的過衝≤20%。如果使用100μH共模電感導致過沖超過此標準，則需要重新考慮選型或採取其他措施來優化信號。 3.2 長距離總線所需的補償 在長距離總線中使用100μH 共模電感時，需要搭配4.7nF 電容進行補償，以避免LC 諧振。 100μH的共模電感和總線的分佈電容可能形成LC諧振電路，在特定頻率下產生諧振，導致信號嚴重失真。通過搭配4.7nF電容，可以改變電路的阻抗特性，避免諧振的發生，力求長距離信號傳輸的穩定性。 3.3 熱插拔場景 在熱插拔場景中，優先選擇 51μH 共模電感。由於51μH的電感較低，熱插拔時產生的瞬態電壓相對較小，可以降低收發器和其他器件損壞的風險。相比之下，100μH共模電感的電感量較大，熱插拔時會產生較大的瞬態電壓，可能損壞設備。因此，在熱插拔頻繁的場景下，51μH共模電感是更合適的選擇。
四．測試驗證流程 4.1 示波器測量 使用示波器測量差分信號眼圖。
對於51μH共模電感，要求眼圖寬度>80%，對於100μH共模電感，要求眼圖寬度>70%。眼圖是評估數字信號傳輸質量的重要工具。眼圖寬度越寬，信號的噪聲容限越大，信號傳輸越可靠。通過觀察眼圖，可以直觀地了解信號的質量和穩定性。 4.2 EMC 測試 進行傳導發射測試。對於CISPR 25 Class 2標準，傳導發射要求≤-45dBμV。傳導發射測試用於檢測設備通過電源線或信號線發射的電磁干擾，力保設備符合相關EMC標準，避免對其他設備產生干擾。 4.3 環境模擬試驗在電機干擾箱中進行。對於100μH共模電感，要求在100kHz - 10MHz頻率範圍內的衰減>20dB。電機在運行過程中會產生復雜的電磁干擾。通過在電機干擾箱中模擬這種干擾環境，可以測試共模電感在實際干擾環境下的性能，評估其在不同頻率下抑制干擾的能力。
五、總結比較表附錄
（可選）51μH共模電感可參考TDK ACT45B-510、村田LQW18AN510M、銀特電子型號：CML4532A-510T、CML3225A-510T 這些型號的51μH共模電感具有高頻響應特性好、寄生電容小、直流電阻低等優點，適用於汽車電子、高速數據傳輸等場景。 100μH共模電感可參考Coilcraft XEL1040-101M銀特電子型號：CML4532A-101T、CML3225A-510T。具有100μH電感，可有效抑制低頻干擾，在大尺寸封裝中，滿足長距離、多節點通信的電感性能要求。 CAN協議標準 核心標準：ISO 11898-1:2024（新款版本，涵蓋數據鏈路層和物理層） ISO 11898-2:2016：規定了高速CAN的電氣特性（如差分電壓、120Ω終端電阻），適用於汽車電源系統等高帶寬場景。 ISO 11898-4:2004：時間觸發 CAN (TTCAN)，用於需要精確同步的工業控制。 ISO 11898-5:2007：低功耗CAN，適用於節能場景（例如車輛睡眠模式）。 ISO 11519-2:1994：曾經是低速 CAN（<125 kbit/s）的物理層標準，現已被 ISO 11898-3 取代，但仍在一些舊系統中使用。 ISO 15765（ISO-TP）：定義了CAN總線上的傳輸協議，解決了8字節負載限制，支持長報文的分段傳輸。 ISO 14229（UDS）：統一診斷服務，實現基於CAN的車輛ECU遠程診斷（如故障碼讀取、程序刷新）。汽車領域：J1939（商用車）、ISO 11783（農業機械）；工業領域：CANopen、DeviceNet等上層協議均基於ISO 11898。
