【经验】采用Laird共模电感成功解决车载以太网辐射骚扰噪声问题

随着驾驶辅助系统、信息娱乐系统日趋复杂化和普遍化，车载网络的带宽需求越来越大，传统的汽车总线系统(CAN、LIN、Flexry)无法满足新兴多媒体信息娱乐应用提出的高速数据传输要求，车载以太网可以处理这个问题。它通过电缆连接现代系统的各种功能模块，高达100个Mbps信号传输速度，还能显著简化系统的复杂性，降低连接成本和布线重量。但是，以太网的高速传输UTP(非屏蔽线)布线性能会引起大量的辐射噪声。因此，在共模噪声抑制方面，新车以太网标准的技术规格比CAN和FlexRay要求明显更严格。针对车载以太网的辐射抑制，本文阐述了如何选择合适的车载音响娱乐系统的实际案例Laird共模电感改善以太网的辐射骚扰噪声。

初始实验结果

本案例为车载音响娱乐系统， RE(Radiated Emission)测试发现在GPS频段失效，该频段在1.574GHz~1.576GHz限值只有4db(见图1)非常严格，测试结果超过标准限值约4db(测试数据见图2)。

图1 GPS频段RE限值

图2 原始测试结果

原因分析

超标点是一系列间隔紧密的尖峰噪声，看起来像数据传输时发出的噪声，因为以太网差分线传输的最高速度是100Mbps，它是唯一的高速外部电缆，使用非屏蔽电缆。因此，怀疑噪声来自以太网的差分数据传输路径。将以太网电缆从标准放置位置推回（远离噪声接收天线）进行测试，发现这些噪声尖峰降低了(数据见图3)，因此判定噪声是从以太网差分线发出来的，源头为主板上的以太网芯片沿着差分线传输的数据流。

图3 后移以太网电缆的测试结果

对策和共模电感选择

在以太网差分线上选择合适的共模电感串可以有效降低上述噪声。是否合适，需要考虑直流阻抗、交流阻抗、额定电压、工作温度、绝缘电阻、通流能力等。通流能力、直流阻抗、额定电压需要满足产品的工作状态；工作温度需要满足环境测试的要求；交流阻抗需要在噪声频段内产生较大的阻抗减少噪声。

如图4所示，车载以太网电路已串有一个TDK的共模电感(L1)猜测这种电感抑制GPS频段噪声的有限作用导致测试结果超标。图5和图6是该电感的相关参数图，可以看到它对10MHz以下共模噪声衰减最大(80dB以上)，对200MHz以上噪声衰减很小，它在GPS其他相关参数为：

DC resistance：5Ωmax，相对较大，会导致有用信号的衰减。

Rated current：0.1A max.

Insulation resistance：10MΩmin.

Size(mm)：4.5(L)*3.2*2.8(H)

Operating temperature：-40°C to 105°C

图4 车载以太网电路图

图5 某厂家共模电感参数图

图6 某厂家共模电感SC21图

我们选取Laird的共模电感CM0805D900R-10来替代上述TDK的， CM0805D900R-10相关参数为：

DC resistance：0.3Ωmax.(图7)

Rated current：0.4A max.(图7)

Insulation resistance：10MΩmin.

Size(mm)：2(L)*1.2*1.2(H)

Operating temperature：-40°C to 125°C

其最大直流阻抗为0.3ohm比TDK小很多，不会对有用信号产生不利影响；通流能力0.4A超过实际在线最大电流，；10Mohm绝缘电阻能保证漏电流很小；比例TDK的尺寸小；-40°C to 125°C的工作温度也比TDK温度特性更好；交流阻抗在我们身上GPS噪音频段的范围接近450ohm(图8)，比TDK阻抗要高得多，理论上可以很好地衰减目标噪声，实际测试也表明，把L1换成Laird的共模电感CM0805D900R-10后噪声大大提高(数据见图9)，可见这种共模电感可以作为车载以太网差分线的标准配置。

图7 CM0805D900R-10参数图

图8 CM0805D900R-10频率阻抗曲线图

图9 串入Laird共模电感后的测试结果