CAN總線接口保護(hù)電路設(shè)計指南

CAN總線的應(yīng)用范圍廣，應(yīng)用環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，一些靜電、浪涌等干擾很容易耦合到總線上，并直接作用于CAN總線接口。為了滿足一些高等級EMC的要求，有必要添加額外的外圍保護(hù)電路。

為什么需要保護(hù)電路
一般的CAN收發(fā)器芯片ESD、浪涌防護(hù)等級較低，如SM1500隔離CAN收發(fā)器雖隔離耐壓為3500VDC，裸機(jī)情況下，CAN接口ESD可達(dá)6kV，但無法滿足常見的浪涌測試要求。工業(yè)產(chǎn)品對通信接口的EMC等級要求較高，許多應(yīng)用要求滿足IEC61000-4-2靜電放電4級，IEC61000-4-5 浪涌抗擾4級等要求，在此情況下，必需增加必要的保護(hù)電路，才能滿足要求。

接口保護(hù)及工作原理
1. 推薦電路
圖1為CAN接口推薦保護(hù)電路，合理的保護(hù)可以極大提升接口的抗干擾能力?？偩€接口保護(hù)分三級，一級實(shí)現(xiàn)大能量泄放、二級進(jìn)行電流限制、三級進(jìn)行電壓鉗位。各級電路各司其職，共同作用達(dá)到最佳的保護(hù)效果。

圖1 CAN接口推薦保護(hù)電路

2. 工作原理——差?；芈?br /> 如圖2，當(dāng)有差模干擾電壓施加在接口1，2腳時， TVS1響應(yīng)最快，首先導(dǎo)通，芯片總線引腳CANH、CANL之間的電壓被鉗位。R2、R3電阻限制流過TVS1的電流，防止其過功率損壞。GDT響應(yīng)最慢，最后導(dǎo)通，泄放掉大部分能量，并將殘壓限制在較低水平。

圖2 差模泄放回路示意

3. 工作原理——共?；芈?br /> 如圖3，為保證良好的保護(hù)效果，通信參考地CANG應(yīng)在組網(wǎng)后單點(diǎn)接地。 當(dāng)有共模干擾電壓施加在接口1，2腳時，TVS1響應(yīng)最快，首先導(dǎo)通，芯片總線引腳與CANG之間的電壓被鉗位。R2、R3電阻限制流過TVS1的電流，防止其過功率損壞。GDT響應(yīng)最慢，最后導(dǎo)通，泄放掉大部分能量，并將殘壓限制在較低水平。

圖3 共模泄放回路示意

應(yīng)用注意事項
1. 保護(hù)電路要可靠接地
共模干擾需以大地（或保護(hù)地）作為泄放回路，保護(hù)電路必須可靠接地，否則共模保護(hù)部分沒有返回路徑，保護(hù)電路失效，可能造成前級芯片或電路損壞，如圖4。

圖4 未接地共模電流路徑

2.盡可能減小引入的電容
CAN總線對總線電容要求極高，應(yīng)盡可能降低保護(hù)電路自身的等效電容。按圖1推薦的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，保護(hù)電路的總差分電容可控制在10pF左右，在提供足夠保護(hù)的同時，基本避免了對CAN總線通信造成的影響。

設(shè)計實(shí)例
1. 設(shè)計一個滿足IEC61000-4-5 Class4的保護(hù)電路
依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，Class4適用于通信互連線在戶外布置的應(yīng)用場合。
該等級浪涌測試開路電壓4kV，短路電流高達(dá)100A。由于CAN線纜為對稱通信線，僅需進(jìn)行線-地（共模）測試。

• 氣體放電管：通流量可選擇500A，開啟電壓90V，封裝1206。若空間充足，可選擇通流量更大的器件，以達(dá)到更好的保護(hù)效果。
• 限流電阻：電阻不宜過大，否則會導(dǎo)致信號幅值過低。一般選擇10歐以內(nèi)，如4.7歐。若TVS管導(dǎo)通電壓為12V，則流過電阻峰值電流約為（90-12）/4.7=16.5A。應(yīng)選擇可通過峰值電流16.5A的大電流電阻，如繞組電阻、PTC等，切勿選擇普通的金屬膜、碳膜電阻！
• TVS管：導(dǎo)通電壓應(yīng)高于信號幅值，并低于引腳最大直流耐壓，如12V。峰值電流則應(yīng)大于2*16.5=33A，如P6KE12CA。
• 二極管：反向耐壓大于TVS最大導(dǎo)通電壓，峰值電流大于16.5A，如1N4007。

產(chǎn)品推薦
致遠(yuǎn)電子提供了完整的CAN接口產(chǎn)品方案，可為客戶免除CAN接口及保護(hù)電路的設(shè)計煩惱。SM1500隔離CAN收芯片配合SP00S12浪涌保護(hù)模塊，可輕松滿足IEC61000-4-5測試要求，為客戶提供一個緊湊且高可靠的CAN總線接口。

圖5 SM1500與SP00S12典型連接

本文給出的保護(hù)電路，僅作為參考設(shè)計。實(shí)際的總線應(yīng)用復(fù)雜，外圍保護(hù)電路也需要根據(jù)總線節(jié)點(diǎn)數(shù)、總線長度等因素進(jìn)行實(shí)際調(diào)整，才能達(dá)到滿意的保護(hù)效果。