【技术分享】CAN总线接口保护电路设计指南
can总线的应用范围广，应用环境相当复杂，一些静电、浪涌等干扰很容易耦合到总线上，并直接作用于can总线接口。为了满足一些高等级emc的要求，有必要添加额外的外围保护电路。
为什么需要保护电路
一般的can收发器芯片esd、浪涌防护等级较低，如sm1500隔离can收发器虽隔离耐压为3500vdc，裸机情况下，can接口esd可达6kv，但无法满足常见的浪涌测试要求。工业产品对通信接口的emc等级要求较高，许多应用要求满足iec61000-4-2静电放电4级，iec61000-4-5 浪涌抗扰4级等要求，在此情况下，必需增加必要的保护电路，才能满足要求。
接口保护及工作原理
1. 推荐电路
图1为can接口推荐保护电路，合理的保护可以极大提升接口的抗干扰能力。总线接口保护分三级，一级实现大能量泄放、二级进行电流限制、三级进行电压钳位。各级电路各司其职，共同作用达到最佳的保护效果。
图1 can接口推荐保护电路
2. 工作原理——差模回路
如图2，当有差模干扰电压施加在接口1，2脚时， tvs1响应最快，首先导通，芯片总线引脚canh、canl之间的电压被钳位。r2、r3电阻限制流过tvs1的电流，防止其过功率损坏。gdt响应最慢，最后导通，泄放掉大部分能量，并将残压限制在较低水平。
图2 差模泄放回路示意
3. 工作原理——共模回路
如图3，为保证良好的保护效果，通信参考地cang应在组网后单点接地。 当有共模干扰电压施加在接口1，2脚时，tvs1响应最快，首先导通，芯片总线引脚与cang之间的电压被钳位。r2、r3电阻限制流过tvs1的电流，防止其过功率损坏。gdt响应最慢，最后导通，泄放掉大部分能量，并将残压限制在较低水平。
图3 共模泄放回路示意
应用注意事项
1. 保护电路要可靠接地
共模干扰需以大地（或保护地）作为泄放回路，保护电路必须可靠接地，否则共模保护部分没有返回路径，保护电路失效，可能造成前级芯片或电路损坏，如图4。
图4 未接地共模电流路径
2.尽可能减小引入的电容
can总线对总线电容要求极高，应尽可能降低保护电路自身的等效电容。按图1推荐的电路结构进行设计，保护电路的总差分电容可控制在10pf左右，在提供足够保护的同时，基本避免了对can总线通信造成的影响。
设计实例
1. 设计一个满足iec61000-4-5 class4的保护电路
依据标准，class4适用于通信互连线在户外布置的应用场合。
该等级浪涌测试开路电压4kv，短路电流高达100a。由于can线缆为对称通信线，仅需进行线-地（共模）测试。
气体放电管：通流量可选择500a，开启电压90v，封装1206。若空间充足，可选择通流量更大的器件，以达到更好的保护效果。
限流电阻：电阻不宜过大，否则会导致信号幅值过低。一般选择10欧以内，如4.7欧。若tvs管导通电压为12v，则流过电阻峰值电流约为（90-12）/4.7=16.5a。应选择可通过峰值电流16.5a的大电流电阻，如绕组电阻、ptc等，切勿选择普通的金属膜、碳膜电阻！
tvs管：导通电压应高于信号幅值，并低于引脚最大直流耐压，如12v。峰值电流则应大于2*16.5=33a，如p6ke12ca。
二极管：反向耐压大于tvs最大导通电压，峰值电流大于16.5a，如1n4007。
产品推荐
致远电子提供了完整的can接口产品方案，可为客户免除can接口及保护电路的设计烦恼。sm1500隔离can收芯片配合sp00s12浪涌保护模块，可轻松满足iec61000-4-5测试要求，为客户提供一个紧凑且高可靠的can总线接口。
图5 sm1500与sp00s12典型连接
本文给出的保护电路，仅作为参考设计。实际的总线应用复杂，外围保护电路也需要根据总线节点数、总线长度等因素进行实际调整，才能达到满意的保护效果。
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1. 推荐电路
图1为can接口推荐保护电路，合理的保护可以极大提升接口的抗干扰能力。总线接口保护分三级，一级实现大能量泄放、二级进行电流限制、三级进行电压钳位。各级电路各司其职，共同作用达到最佳的保护效果。
图1 can接口推荐保护电路
2. 工作原理——差模回路
如图2，当有差模干扰电压施加在接口1，2脚时， tvs1响应最快，首先导通，芯片总线引脚canh、canl之间的电压被钳位。r2、r3电阻限制流过tvs1的电流，防止其过功率损坏。gdt响应最慢，最后导通，泄放掉大部分能量，并将残压限制在较低水平。
图2 差模泄放回路示意
3. 工作原理——共模回路
如图3，为保证良好的保护效果，通信参考地cang应在组网后单点接地。 当有共模干扰电压施加在接口1，2脚时，tvs1响应最快，首先导通，芯片总线引脚与cang之间的电压被钳位。r2、r3电阻限制流过tvs1的电流，防止其过功率损坏。gdt响应最慢，最后导通，泄放掉大部分能量，并将残压限制在较低水平。
图3 共模泄放回路示意
应用注意事项
1. 保护电路要可靠接地
共模干扰需以大地（或保护地）作为泄放回路，保护电路必须可靠接地，否则共模保护部分没有返回路径，保护电路失效，可能造成前级芯片或电路损坏，如图4。
图4 未接地共模电流路径
2.尽可能减小引入的电容
can总线对总线电容要求极高，应尽可能降低保护电路自身的等效电容。按图1推荐的电路结构进行设计，保护电路的总差分电容可控制在10pf左右，在提供足够保护的同时，基本避免了对can总线通信造成的影响。
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tvs管：导通电压应高于信号幅值，并低于引脚最大直流耐压，如12v。峰值电流则应大于2*16.5=33a，如p6ke12ca。
二极管：反向耐压大于tvs最大导通电压，峰值电流大于16.5a，如1n4007。
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图5 sm1500与sp00s12典型连接
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