一种CAN总线接口防护电路、通信模块及系统的制作方法

本实用新型涉及can总线领域，具体涉及一种can总线接口防护电路、通信模块及系统。

背景技术：

控制器局域网can(controllerareanetwork)是一种标准化的现场总线，其结构支持分布式数据通信和实时控制的串行通信网络。随着can总线的应用推广，部分应用场合在室外，通信距离较远，网络节点在户外等恶劣的现场环境时，容易受到大能量的雷击以及各种共模信号的干扰，影响can总线的不间断、无差错运行。can总线为差分通信信号，受到雷击浪涌的冲击的概率较大，而通常can通信接口芯片的承受电压在100v以内，不能应对kv级别的雷击浪涌冲击。

目前，现有的can总线防雷电路多是在两根信号线与信号地之间仅设置气体放电管将浪涌电流排入大地，由于气体放电管反应时间较慢，在导通前信号地平面很可能就己经积累起过高的静电能量导致放电管等器件损坏，不能实现有效防雷的作用；同时，也不能滤除其他共模干扰信号，影响can网络的通信质量。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种can总线接口防护电路、通信模块及系统。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提供了一种can总线接口防护电路，包括在can连接器的差分管脚与can收发器的差分管脚的连接通路上依次设置的初级浪涌防护电路、初级共模抑制电路、第二级浪涌防护电路、第二级共模抑制电路；

所述初级浪涌防护电路和初级共模抑制电路紧邻can连接器的差分管脚布置；

所述初级浪涌防护电路包括分别并联于can连接器两个差分管脚的放电管和至少一个第一瞬态抑制元件；

所述初级共模抑制电路包括第一电容和第二电容，第一电容的第一端与can连接器的第一差分管脚连接，第一电容的第二端分别与第二电容的第一端和地连接，第二电容的第二端与can连接器的第二差分管脚连接；

所述第二级浪涌防护电路包括至少一个并联于can连接器两个差分管脚的第二瞬态抑制元件；

所述第二级共模抑制电路包括第三电容、第四电容和共模电感，第三电容的第一端分别与can连接器的第一差分管脚和共模电感的第一输入端连接，第四电容的第一端分别与can连接器的第二差分管脚和共模电感的第二输入端连接，第三电容的第二端和第四电容的第二端均与地连接，共模电感的输出端与can收发器的差分管脚连接。

上述技术方案的有益效果为：本电路通过紧邻can连接器差分管脚的初级浪涌防护电路对雷电、静电等浪涌冲击进行快速泄放，通过初级共模抑制电路滤除部分共模干扰信号，再通过第二级浪涌防护电路进一步对浪涌冲击进行泄放，第二级共模抑制电路对其余的共模干扰信号进一步滤除，使该电路不但具有防雷击、静电等浪涌冲击防护的功能外，还具有有效抑制共模干扰信号，增强can总线的抗干扰能力的优点，可应用于户外通信环境复杂的场景；特别地，在第二级共模抑制电路中，利用第三电容、第四电容和共模电感形成了lc滤波电路，可根据外部共模干扰信号(如外部环境中gsm通信信号作为干扰信号)的频率调整容值等参数，做到定频滤波；另外，共模电感能够对瞬间干扰信号起到“阻碍”作用，阻碍干扰信号进入后级电路，进而可以更好地通过初级防护进行泄放。

在本实用新型的一种优选实施方式中，第一电容和第二电容的容值相等；第三电容和第四电容的容值相等；第一电容和第二电容的容值小于第三电容和第四电容的容值。

上述技术方案的有益效果为：使两级共模抑制电路的滤波频率不同，实现共模干扰信号逐级滤除。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括设置于第二级共模抑制电路输出端与can收发器的差分管脚之间的阻阬匹配电路。

上述技术方案的有益效果为：阻抗匹配，减少信号传输损耗，实现有效通信。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述阻阬匹配电路包括第一电阻、第二电阻和第五电容；

第一电阻的第一端分别与共模电感的第一输出端和can收发器的第一差分管脚连接，第一电阻的第二端分别与第五电容的第一端和第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与can收发器的第二差分管脚连接，第五电容的第二端与地连接。

上述技术方案的有益效果为：实现阻抗匹配，同时能够进一步地滤除共模干扰信号。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括分别串接在放电管和第一瞬态抑制元件的差分连接通路上的第三电阻和第四电阻。

上述技术方案的有益效果为：can总线信号经过气体放电管后，通过第三电阻和第四电阻进行退耦处理，增强防护能力。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述初级浪涌防护电路和初级共模抑制电路中连接线的走线宽度不小于第二级浪涌防护电路和第二级共模抑制电路中连接线的走线宽度。

上述技术方案的有益效果为：使得雷击或静电等浪涌电流能够尽快泄放，增强防护能力。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第二个方面，本实用新型提供了一种can总线通信模块，包括电路板，所述电路板上承载有处理器、can连接器和can收发器；

在can连接器的差分管脚与can收发器的差分管脚的连接通路上设置有本实用新型所述的can总线接口防护电路；

can收发器与处理器通过串口连接。

上述技术方案的有益效果为：本模块通过紧邻can连接器差分管脚的初级浪涌防护电路对雷电、静电等浪涌冲击进行快速泄放，通过初级共模抑制电路滤除部分共模干扰信号，再通过第二级浪涌防护电路进一步对浪涌冲击进行泄放，第二级共模抑制电路对其余的共模干扰信号进一步滤除，使该电路不但具有防雷击、静电等浪涌冲击防护的功能外，还具有有效抑制共模干扰信号，增强can通信的抗干扰能力的优点，可应用于户外通信环境复杂的场景。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第三个方面，本实用新型提供了一种can通信系统，包括多个can网络节点，所述can网络节点上设置有如本实用新型所述的can总线通信模块。

上述技术方案的有益效果为：该系统不但具有防雷击、静电等浪涌冲击防护的功能外，还具有有效抑制共模干扰信号，抗干扰能力强，可应用于户外通信环境复杂的场景。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型一种优选实施方式中防护电路的硬件框图；

图2是本实用新型一种优选实施方式中防护电路的电路结构图；

图3是本实用新型一种优选实施方式中放电管与第一瞬态抑制元件的连接电路图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实用新型公开了一种can总线接口防护电路，在一种优选实施方式中，该电路的硬件框图如图1所示，电路结构图如图2所示，包括在can连接器的差分管脚与can收发器的差分管脚的连接通路上依次设置的初级浪涌防护电路、初级共模抑制电路、第二级浪涌防护电路、第二级共模抑制电路；

初级浪涌防护电路和初级共模抑制电路紧邻can连接器的差分管脚布置；

初级浪涌防护电路包括分别并联于can连接器两个差分管脚的放电管fv1和至少一个第一瞬态抑制元件vd1；

初级共模抑制电路包括第一电容c1和第二电容c2，第一电容c1的第一端与can连接器的第一差分管脚can_h连接，第一电容c1的第二端分别与第二电容c2的第一端和地连接，第二电容c2的第二端与can连接器的第二差分管脚can_l连接；

第二级浪涌防护电路包括至少一个并联于can连接器两个差分管脚的第二瞬态抑制元件vd2；

第二级共模抑制电路包括第三电容c3、第四电容c4和共模电感l1，第三电容c3的第一端分别与can连接器的第一差分管脚can_h和共模电感l1的第一输入端连接，第四电容c2的第一端分别与can连接器的第二差分管脚can_l和共模电感l1的第二输入端连接，第三电容c3的第二端和第四电容c4的第二端均与地连接，共模电感l1的输出端与can收发器的差分管脚连接。

在本实施方式中，放电管fv1优选但不限于选择双气体放电管，如t83-a90x，其击穿电压是90v。第一瞬态抑制元件vd1和第二瞬态抑制元件vd2优选但不限于选择单向或双向tvs管，如smp75-8的双向tvs管，其导通电压为8v。当雷击或静电等浪涌电流从can连接器进入后，首先经过位置最近的放电管fv1，放电管fv1被击穿后，将电压被钳位在10至35v左右。第一瞬态抑制元件vd1进行差模防护，当can_h与can_l的差模电压大于8v时，tvs管导通，泄放差模过压。这样达到快速泄放的目的。

在本实施方式中，第一电容c1和第二电容c2构成的初级共模抑制电路能够滤除信号上的共模高频电压尖峰。

在本实施方式中，第三电容c3、第四电容c4和共模电感l1组成的第二级共模抑制电路，能够进一步地滤除共模干扰信号，共模电感l1可以对瞬间干扰信号起到“阻碍”作用，阻碍干扰信号进入后级电路，进而可以更好地通过初级防护进行泄放。

在本实施方式中，优选的，第一电容c1和第二电容c2的容值相等；第三电容c3和第四电容c4的容值相等；第一电容c1和第二电容c2的容值小于第三电容c3和第四电容c4的容值。考虑到can总线的信号质量，第一电容c1和第二电容c2的容值优选的为100pf，滤除100至300mhz左右的过压信号，器件型号优选但不限于为yp102101k050bandea、ct81-n5y5p4b101ktew等，其耐压值：1000v；容值精度：±10％。第三电容c3和第四电容c4的容值优选但不限于为220pf。

在本实施方式中，共模电感l1优选的选取直流电阻低(因为直流电阻大容易导致共模电感磁芯饱和)的现有共模电感。

在一种优选实施方式中，如图1所示，还包括设置于第二级共模抑制电路输出端与can收发器的差分管脚之间的阻阬匹配电路。

在一种优选实施方式中，如图2所示，阻阬匹配电路包括第一电阻r1、第二电阻r2和第五电容c5；

第一电阻r1的第一端分别与共模电感l1的第一输出端和can收发器的第一差分管脚canh连接，第一电阻r1的第二端分别与第五电容c5的第一端和第二电阻r2的第一端连接，第二电阻r2的第二端与can收发器的第二差分管脚canl连接，第五电容c5的第二端与地连接。

在本实施方式中，第一电阻r1和第二电阻r2的阻值优选但不限于为68.1ω，第五电容c5优选但不限于为0.047uf。

在一种优选实施方式中，如图3所示，还包括分别串接在放电管fv1和第一瞬态抑制元件vd1的差分连接通路上的第三电阻r3和第四电阻r4。

在本实施方式中，第三电阻r3的第一端分别与can连接器的第一差分管脚can_h和放电管fv1的第一端连接，第三电阻r3的第二端与和第一瞬态抑制元件vd1的第一端连接；第四电阻r4的第一端分别与can连接器的第二差分管脚can_l和放电管fv1的第二端连接，第四电阻r4的第二端与和第一瞬态抑制元件vd1的第二端连接。

在一种优选实施方式中，初级浪涌防护电路和初级共模抑制电路中连接线的走线宽度不小于第二级浪涌防护电路和第二级共模抑制电路中连接线的走线宽度。

在本实施方式中，便于雷击能量尽快泄放，can连接器入口处到初级浪涌防护电路的走线宽度优选的也较宽。

本实用新型还公开了一种can总线通信模块，在一种优选实施方式中，包括电路板，电路板上承载有处理器、can连接器和can收发器；

在can连接器的差分管脚与can收发器的差分管脚的连接通路上设置有上述can总线接口防护电路；

can收发器与处理器通过串口连接。

在本实施方式中，can收发器优选但不限于为ctm1051m。can收发器与处理器优选但不限于通过uart串口或i2c串口连接。

本实用新型还公开了一种can通信系统，在一种优选实施方式中，包括多个can网络节点，can网络节点上设置有如上述can总线通信模块。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。