Isolierte CAN-Transceiver-ICs für schnelle digitale Kommunikation

Stellen Sie sich vor, die Elektronik in Ihrem Auto bräuchte ein Paar Drähte, um miteinander zu kommunizieren. Kabelbäume in Autos sind bereits enorm, aber der CAN-Bus ist eines der Protokolle, das hilft, die Busbreite und die Anzahl der Drähte zu verringern. Obwohl ursprünglich von großen Herstellern und nicht von der Automobilindustrie übernommen, bleibt der CAN-Bus ein wichtiger Teil der Automobilbranche und findet Verwendung in Bereichen wie der Gebäudeautomation.

Im Wesentlichen kann jedes System, das mehrere Geräte über einen einzigen seriellen Bus verbinden muss, der eine lange Strecke überbrücken kann, den CAN-Bus nutzen. Die ermöglichende Komponente ist ein spezieller Transceiver, der Logiksignale an den Rest des Busses liefert. Industrielle, automobiltechnische, robotische und ähnliche Anwendungen können je nach Standort des Endsubsystems einen isolierten CAN-Transceiver erfordern. Hier erfahren Sie, wann Sie einen isolierten CAN-Transceiver verwenden müssen und welche Beispielkomponenten Sie auf dem Markt finden.

Verständnis des CAN-Bus

Der Controller Area Network (CAN) Bus wurde ursprünglich von Bosch entwickelt und schließlich in den ISO 11898-Standards kodifiziert. Diese Architektur ist ziemlich einfach, obwohl der Aufbau eines Datenrahmens für einen Anfänger schwierig sein kann. Jedes Gerät am Bus verwendet einen Transceiver, der dann Nachrichten an/von jedem anderen Gerätetransceiver am Bus sendet und empfängt. Eine grundlegende Identifikationsfunktion stellt sicher, dass nur der gewünschte Knoten im Netzwerk die empfangenen Daten tatsächlich verarbeitet. Die Struktur eines typischen CAN-Busses wird unten gezeigt.

CAN-Bus-Architektur mit einem Transceiver an jedem Knoten.

Standardfunktionen, die im CAN-Bus-Protokoll verwendet werden, sind eine Reihe von Datenraten, Fehlerbehandlung, Kollisionserkennung und Fehlertoleranz. In diesem Bus haben wir ein Zwei-Draht-System, das lange Distanzen überbrücken kann, abhängig von der Datenrate. Die Datenraten und maximalen Entfernungen, die in den CAN-Standards definiert sind, werden unten gezeigt. Beachten Sie, dass der letzte Eintrag in der CAN-FD-Spezifikation (ISO 11898-2) definiert ist; dieser Standard erlaubt es, mehr Daten in einen einzelnen Rahmen zu packen (64 Bytes vs. 8 Bytes für klassisches CAN).

Einige ursprüngliche Anwendungen in der industriellen Steuerung und Kommunikation erforderten wahrscheinlich die Arbeit in der Nähe von Hochspannungsquellen, daher ist eine Isolierung erforderlich, um Systemkomponenten zu schützen. Anstatt einen externen Transformator zu verwenden, um gemeinsame Modus-Transienten zu eliminieren, können Sie einen CAN-Transceiver-IC verwenden.

Warum einen isolierten CAN-Transceiver verwenden?

Ein isolierter CAN-Transceiver-IC integriert die Standardfunktionen, die für die Schnittstelle mit einem CAN-Bus erforderlich sind, und gewährleistet eine hohe galvanische Isolation. Da Anwendungen wie Automobil, Luft- und Raumfahrt und eine Reihe von industriellen Anwendungen in der Nähe von Hochspannungsquellen oder möglichen Stromspitzen arbeiten müssen, sind isolierte CAN-Transceiver ideal, um Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Da Sie die galvanische Isolation mit der Datenrate und anderen integrierten Funktionen abwägen müssen, achten Sie auf diese wichtigen Spezifikationen:

• Isolationsbewertungen. Isolation ist der Hauptgrund, warum diese Arten von Transceivern verwendet werden, und ihre ESD-Bewertungen sind wichtig, um Sicherheit und Kompatibilität mit anderen Produkten und spezifischen Anwendungen zu gewährleisten. Dies wird normalerweise als RMS-Wert im kV-Bereich angegeben.

• Fehler-Spannung. Elektrische Fehler können am Bus auftreten, anstatt durch eine externe Stromquelle induziert zu werden. Die Fehler-Spannung liegt typischerweise bei mehreren Dutzend V für hochwertige Komponenten.

• Temperaturbewertung. Da CAN-Busse normalerweise in raueren Umgebungen eingesetzt werden, können sie eine hohe Temperaturanforderung haben. Stellen Sie sicher, dass Sie dies in Ihren Komponentendatenblättern überprüfen.

• Standardskonformität. Wie viele Strommanagementkomponenten können Datenblätter für isolierte CAN-Transceiver Konformitätsaussagen enthalten. UL 1577 ist ein gängiger Standard, aber IEC-Standards oder ISO-Standards können aufgeführt sein, wenn der Transceiver spezifische Anwendungen anvisiert.

Hier sind einige der gängigen CAN-Transceiver-ICs, die Sie von Komponentenherstellern und -distributoren finden.

Texas Instruments, ISO1042QDWRQ1

Der isolierte CAN-Transceiver ISO1042QDWRQ1 von Texas Instruments bietet eine flexible Datenrate (klassisches CAN bis zu 1 Mbps und CAN FD bis zu 5 Mbps). Dieser Transceiver unterstützt bis zu +/- 30 V gemeinsame Modus-Spannungsbereich mit bis zu 70 V Fehlerschutz. Er unterstützt auch eine Vielzahl von Logikschnittstellen zu einem Standard-CAN-Controller. Die galvanische Isolation ist bis zu 5 kV (RMS) mit 100 kV/µs CMTI und 1060 V RMS Arbeitspannung garantiert.

Empfohlenes Layout für den isolierten CAN-Transceiver ISO1042QDWRQ1 von Texas Instruments. Aus dem Datenblatt ISO1042QDWRQ1

Maxim Integrated, MAX14882

Dieser MAX14882 von Maxim Integrated arbeitet mit bis zu 1 Mbps und bietet bis zu 5 kV (RMS) galvanische Isolation für 60 s mit 848 V (RMS) kontinuierlicher Arbeitspannung. Der integrierte LDO akzeptiert einen breiten Spannungsbereich für die Versorgungsschnittstelle, und dieser Transceiver ist fehlertolerant bis zu 54 V. Diese Komponente ist auch konform mit dem UL 1577 Standard für Basisisolierung und cUL (CSA Bulletin 5A). Ideale Anwendungen umfassen Gebäudesteuerungen, Industriesteuerung und HVAC.

Typisches Anwendungsschaltbild für MAX14882 mit geteilter Terminierung. Aus dem MAX14882 Datenblatt.

NXP Semiconductors, TJA1052IT

Die TJA1052IT-Serie von NXP Semiconductors ist speziell für Elektrofahrzeuge konzipiert, die eine hohe galvanische Isolation zwischen Hoch- und Niederspannungssystemen benötigen. Dieses Bauteil bietet eine Datenrate von bis zu 5 Mbps und kann in 12- und 24-V-Systemen verwendet werden. Neben der Bereitstellung einer hohen Isolation von bis zu 5 kV ist dieser IC konform mit UL 1577, IEC 61010, IEC 60950 und ISO6469. Varianten in dieser Serie bieten Isolation bis zu 1 kV, 2 kV oder 5 kV.

Anwendungsschaltbild für den isolierten CAN-Transceiver TJA1052IT. Aus dem TJA1052IT Datenblatt.

Weitere Komponenten für Isolation und Kommunikation

Die hier vorgestellten Komponenten sind nur einige Optionen, aber sie repräsentieren die Spitzenkomponenten, die Designer für viele Anwendungen benötigen. Zusätzlich zu diesen Komponenten gibt es andere Teile, die Sie für Ihr nächstes CAN-Bus-fähiges System benötigen könnten.

Auch nachdem Sie Komponenten für die gemeinsame Modusdrossel und andere Filter für Ihr System ausgewählt haben, benötigen Sie wahrscheinlich eine Reihe von Komponenten zur Verwaltung der Stromverteilung in Ihrem Netzteil. Hier sind einige andere gängige Komponenten, die für Hochspannungs-/Stromsysteme benötigt werden:

• TVS-Dioden oder andere Überspannungsschutzkomponenten

• Widerstände für Busabschluss

• Power-Management-ICs (PMICs)

Unabhängig davon, welchen Typ von System Sie entwerfen, können Sie die Komponenten finden, die Sie benötigen, um digitale Busprotokolle zu platzieren und zu verdrahten, indem Sie die fortgeschrittenen Such- und Filterfunktionen in Octopart nutzen. Der umfassende Hersteller- und Distributorendatensatz von Octopart sowie eine benutzerfreundliche Schnittstelle helfen Ihnen, eine große Auswahl an isolierten CAN-Transceiver-ICs zu finden. Sehen Sie sich unsere Seite mit integrierten Schaltkreisen an, um die Komponenten zu finden, die Sie für die Datenübertragung und -verwaltung benötigen.

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