提高總線電路可靠性、安全性 CAN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需注意這些

CAN總線通訊已經(jīng)從汽車電子行業(yè)逐漸向各行各業(yè)鋪開使用了，例如軌道交通、礦井監(jiān)控等。在設(shè)計(jì)CAN總線接口電路時(shí)需要注意哪些問題呢?

對(duì)于提高CAN總線節(jié)點(diǎn)的可靠性而言，離不開隔離、總線阻抗匹配、總線保護(hù)等，在設(shè)計(jì)CAN節(jié)點(diǎn)時(shí)要注意這些點(diǎn)以提高總線電路可靠性和安全性。

一、隔離

信號(hào)隔離

隔離收發(fā)器可將總線和控制電路進(jìn)行電氣隔離，將高壓阻擋在控制系統(tǒng)之外，可以有效地保證操作人員的人身及系統(tǒng)安全。不僅如此，隔離可以抑制由接地電勢(shì)差、接地環(huán)路引起的各種共模干擾，保證總線在嚴(yán)重干擾和其它系統(tǒng)級(jí)噪聲存在的情況下不間斷、無差錯(cuò)運(yùn)行。如圖 1所示，使用隔離收發(fā)器后，可以有效防止形成地環(huán)路，總線參考地可跟隨共模電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，共模電壓全部由隔離帶承受，共模電壓對(duì)總線信號(hào)變得不再可見，從而保證總線穩(wěn)定可靠地通信。

CAN總線上建議使用磁隔離技術(shù)。磁隔離技術(shù)可靠性較高，磁耦消除了與光耦合器相關(guān)的不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時(shí)間漂移和隨溫度漂移問題;磁耦均帶有25KV/us的瞬態(tài)共模抑制能力，且能夠在電壓差峰值560V的環(huán)境下正常工作。磁耦器件可提供5000Vrms/min及6000V/10sec的電壓隔離保護(hù)，多種型號(hào)的磁耦帶有±15KV的ESD保護(hù)。

長壽命

采用芯片級(jí)變壓器技術(shù)傳輸信號(hào)，消除光耦傳輸時(shí)的器件損耗。器件內(nèi)部基本不存在損耗，正常工作條件下至少達(dá)到50年工作壽命。

低功耗

磁耦基于芯片級(jí)變壓器傳輸原理，信號(hào)傳輸時(shí)幾乎不存在能量損耗，因此能以極低的功耗實(shí)現(xiàn)高度的數(shù)據(jù)隔離。相同速率下，其功耗僅為光耦的1/10~1/6。

電源隔離

信號(hào)通道做隔離后，建議電源通道也做隔離，可直接采用帶隔離的DC-DC隔離模塊實(shí)現(xiàn)，如下圖所示。

DC-DC隔離電源模塊

二、阻抗匹配

電信號(hào)在在電纜上傳輸時(shí)，當(dāng)阻抗不連續(xù)或者發(fā)生突變時(shí)，就會(huì)發(fā)生信號(hào)反射。反射的過程十分的復(fù)雜，甚至可能發(fā)生多次反射，反射的信號(hào)疊加在正常的信號(hào)上，引起電平變化，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤。為了消減這種信號(hào)反射的方法，我們是使傳輸電纜上的阻抗保持連續(xù)，但是電纜總是有終點(diǎn)的，終點(diǎn)的阻抗是突變的，為了使終點(diǎn)阻抗保持連續(xù)，CAN-Bus規(guī)定要在電纜兩端接入匹配電阻。這個(gè)終端電阻的阻值一般選用120Ω。如圖 3所示。

CAN總線終端電阻匹配

三、保護(hù)措施

節(jié)點(diǎn)在戶外等惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境時(shí)，容易遭受大能量的雷擊，此時(shí)需要對(duì)CAN 信號(hào)端口添加更高等級(jí)的防護(hù)電路，保證節(jié)點(diǎn)不被損壞以及總線的可靠通訊。

CAN節(jié)點(diǎn)端口推薦電路

上圖中除了右端的保護(hù)電路，中間使用的CAN隔離收發(fā)器模塊，該模塊主要集成了CAN收發(fā)器、DC-DC電源模塊、信號(hào)隔離電路三部分電路，打包封裝成一個(gè)獨(dú)立的模塊，可大大簡(jiǎn)化CAN硬件設(shè)定的難度，降低開發(fā)時(shí)間成本。

CTM1051CAN隔離收發(fā)模塊