【導(dǎo)讀】本文針對(duì)車載市場(chǎng)，村田以CAN和車載Ethernet為例，分別介紹了共模扼流線圈DLW43SH系列、DLW32SH系列、DLW43MH系列的產(chǎn)品并且展示了噪聲對(duì)策事例，測(cè)試結(jié)果顯示：在較寬頻帶中噪聲得到了控制。
1.背景
近年來汽車市場(chǎng)的電子化日趨明顯，今后隨著新能源汽車的普及，ADAS等附加功能會(huì)越來越豐富，每臺(tái)汽車中搭載的電子設(shè)備的數(shù)量也會(huì)相應(yīng)增加，并且電子設(shè)備的種類也會(huì)越來越多樣化。
在汽車的電子化進(jìn)程中，為了實(shí)現(xiàn)車內(nèi)電子設(shè)備間的通信，車載LAN的搭載變成了必不可少的存在。由于車載LAN可以進(jìn)行大量的信息傳輸，因此它在高速通信方面不可或缺，而且由于對(duì)高可靠性的通信品質(zhì)的需求，因此會(huì)使用大量的獨(dú)特的車載接口。在車載LAN中，特別大范圍普及使用的是CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）。CAN的傳輸速度最大可達(dá)到1Mbps，它通過差分方式跟總線連接。CAN的總線上面可以連接多個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了1個(gè)對(duì)多的通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。由于CAN這種高可靠性的控制方式，從汽車導(dǎo)航系統(tǒng)到引擎控制系統(tǒng)一系列用途中都能得到廣泛使用。
近年來，隨著車載攝像頭應(yīng)用的普及，像視頻信號(hào)這種有更大量的信息需要被高速傳輸，車載Ethernet（以太網(wǎng)）也應(yīng)運(yùn)而生了。車載Ethernet以傳統(tǒng)的工業(yè)用Ethernet技術(shù)為基礎(chǔ)，同樣使用100Base-TX的物理層協(xié)議，是能夠?qū)?yīng)100Mbps速率進(jìn)行差分傳輸?shù)慕涌凇＼囕dEthernet技術(shù)之一就是標(biāo)準(zhǔn)組織“OPEN Alliance SIG”提倡的BroadR-Reach。BroadR-Reach使用的是一對(duì)UTP（非屏蔽雙絞線），它可以達(dá)到100Mbps的雙向傳輸，預(yù)計(jì)會(huì)在車載攝像上應(yīng)用并以此為中心普及開來。
2.車載設(shè)備中的噪聲問題
在車載LAN中如果出現(xiàn)通信故障的話會(huì)因?yàn)橹苯佑绊懺O(shè)備而關(guān)系到人的生命安全，因此對(duì)通信品質(zhì)的可靠性有近乎嚴(yán)苛的要求，特別是對(duì)會(huì)影響到通訊品質(zhì)的因素，也就是所謂的電磁噪聲。電磁噪聲問題，不僅僅必須防止噪聲對(duì)汽車內(nèi)使用的無線通信產(chǎn)生影響，對(duì)于周圍產(chǎn)生的噪聲也要保證一定的抗干擾能力，從而確保通信的品質(zhì)。CAN和車載Ethernet的通信方式采用的是差分傳輸，因此可以在一定程度上減少電磁噪聲的問題。差分傳輸是在一對(duì)傳輸?shù)缆飞贤ㄟ^反向施加電流的方式來傳送信號(hào)，傳輸線上產(chǎn)生的磁通都因?yàn)橄嗷シ聪蚨窒袅耍虼瞬罘謧鬏敽茈y產(chǎn)生電磁噪聲，這是它的特征。
但是，關(guān)于周圍環(huán)境混入的噪聲，如果這個(gè)噪聲方向在傳輸線上是同向的，差分信號(hào)傳輸也很難進(jìn)行干涉，因此會(huì)引起通信故障。所以，即使是差分傳輸方式也不能完全解決掉噪聲問題，因?yàn)槟承┰蜻€是會(huì)產(chǎn)生噪聲的，大致可羅列以下幾種情況，①輸出信號(hào)不平衡，②線路不平衡，③和來自設(shè)備內(nèi)某些其他電路的噪聲結(jié)合等。如果①中通信IC等產(chǎn)生的信號(hào)沒有變成理想的差分信號(hào)，那么它會(huì)產(chǎn)生同向傳輸?shù)男盘?hào)成分，這些成分就會(huì)作為噪聲被釋放出來；如果②中由于線路長度以及阻抗的不平衡，那么反向的信號(hào)中也會(huì)產(chǎn)生同向的噪聲。此外，如果③中設(shè)備內(nèi)部的其他電路產(chǎn)生的噪聲傳輸?shù)交鍍?nèi)部，在設(shè)備內(nèi)幅射也會(huì)混入噪聲。
鑒于上述這些因素即使應(yīng)用了差分傳輸?shù)能囕dLAN也會(huì)因?yàn)楦鞣N原因而產(chǎn)生噪聲，所以必須要采用對(duì)應(yīng)的噪聲對(duì)策產(chǎn)品。在車載LAN中使用的噪聲對(duì)策產(chǎn)品品質(zhì)需要達(dá)到汽車級(jí)，具備耐受更高要求環(huán)境的能力。
3.噪聲對(duì)策產(chǎn)品
作為CAN和車載Ethernet這種差分接口的噪聲對(duì)策產(chǎn)品，一般會(huì)使用共模扼流圈。共模扼流圈的基本構(gòu)造如圖1所示：一個(gè)磁芯里面有兩根繞線。這兩個(gè)繞線對(duì)應(yīng)的逆向電流流過時(shí)磁芯里產(chǎn)生的磁通會(huì)相互反向抵消，而同向的電流流過時(shí)磁通會(huì)相互向同方向產(chǎn)生，因此阻抗較高。通過這種方式共模扼流圈可以通過相互反向的差分信號(hào)但是卻可以抑制同向傳輸?shù)墓材Ｔ肼暋?/div>
圖1：共模扼流圈的基本構(gòu)造
關(guān)于CAN中的噪聲對(duì)策產(chǎn)品，村田公司已經(jīng)將對(duì)應(yīng)的共模扼流圈DLW43SH系列產(chǎn)品化。該系列產(chǎn)品的外觀以及主要特征如圖2所示。DLW43SH系列是使用在CAN和FlexRay等車載LAN中的噪聲對(duì)策用共模扼流圈，是尺寸為4.5×3.2×2.6mm的表面貼裝品。特性值最大為100μH的共模電感，此外，DLW43SH的截止頻率約為1000MHz，可對(duì)應(yīng)高速差分信號(hào)對(duì)高頻的要求。使用溫度范圍在-40~+125℃，因此適用于車載的廣泛應(yīng)用。
圖2：DLW43SH系列的外觀和主要特性
作為DLW43SH系列的小型化產(chǎn)品，DLW32SH系列目前正在開發(fā)中。該系列的外觀以及主要特性如圖3所示。DLW32SH系列的尺寸為3.2×2.5×2.3mm具有小尺寸特點(diǎn)，并且與DLW43SH系列相比，可實(shí)現(xiàn)同等性能。其構(gòu)造的特征是在產(chǎn)品端子部分使用了金屬支架，可以緩和由于溫度變化產(chǎn)生的熱伸縮影響，適用的溫度范圍達(dá)到了-55~+150℃。
圖3：DLW32SH系列的外觀和主要特性
此外，村田公司目前正在開發(fā)作為車載Ethernet用共模扼流圈的DLW43MH系列。該產(chǎn)品的外觀以及主要特性如圖4所示。DLW43MH系列的尺寸和DLW43SH系列同為4.5×3.2×2.6mm，共模電感值提高到了200μH，因此在較寬的頻帶中能起到有效的噪聲對(duì)策效果。由于在繞線上下足了功夫并且改善了共模轉(zhuǎn)差模噪聲，因此噪聲改善效果會(huì)更加好。
圖4：DLW43MH系列的外觀和主要特性
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4.噪聲對(duì)策效果的確認(rèn)
為了確認(rèn)CAN中DLW43SH系列和DLW32SH系列的噪聲抑制效果，我們使用CAN的評(píng)估板進(jìn)行了噪聲測(cè)定。噪聲測(cè)定是在村田公司的電波暗室內(nèi)進(jìn)行的，在汽車電子設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定CISPR25的測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行了峰值檢測(cè)測(cè)定。評(píng)價(jià)板是用收發(fā)器的TXD端子向CAN輸入250kHz的脈沖信號(hào)，與此同時(shí)輸出的CAN信號(hào)被傳送到電纜中就可以檢測(cè)噪聲了。使用的共模扼流圈是DLW43SH510XK2和DLW32SH510VK2。測(cè)定結(jié)果如圖5所示。根據(jù)圖5所示產(chǎn)生了信號(hào)頻率為250kHz的高頻噪聲，但是因?yàn)槭褂昧斯材６罅魅Γ肼暠粔褐屏俗畲?0dB的程度。
圖5：CAN中DLW43SH和DLW32SH系列的噪聲控制效果
接下來要說的是車載Ethernet的噪聲對(duì)策評(píng)價(jià)的結(jié)果。所謂測(cè)定，是使用車載Ethernet對(duì)應(yīng)的通信評(píng)價(jià)板，測(cè)定板之間在通信過程中放射出的噪聲。測(cè)試環(huán)境是如上所述的和CAN相同的CISPR25標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試環(huán)境。使用的共模扼流線圈是DLW43MH201XK2。測(cè)試結(jié)果如圖6所示。由圖6所知，如果不使用共模扼流線圈的話在66MHz時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，并且還會(huì)產(chǎn)生高頻段的噪聲，而使用DLW43MH201XK2的話噪聲峰值部分相對(duì)降低了，顯示表明在較寬頻帶中噪聲得到了控制。
圖6：車載Ethernet中DLW43MH系列的噪聲抑制效果
5．結(jié)語
面向車載市場(chǎng)的村田的噪聲對(duì)策產(chǎn)品以CAN和車載Ethernet為例介紹了共模扼流線圈DLW43SH系列、DLW32SH系列、DLW43MH系列的產(chǎn)品并且展示了噪聲對(duì)策事例。村田公司今后還將繼續(xù)充實(shí)面向車載市場(chǎng)的產(chǎn)品陣容，為電子化的進(jìn)程和解決汽車市場(chǎng)的噪聲問題作出貢獻(xiàn)。
