Circuitos integrados transceptores CAN aislados para comunicación digital de alta velocidad

Imagina si la electrónica de tu coche necesitara un par de cables para conectarse entre sí. Los ensamblajes de cables en los coches ya son impresionantes, pero el bus CAN es uno de los protocolos que ayuda a disminuir el ancho del bus y la cantidad de cables. Aunque originalmente fue adoptado por grandes fabricantes en lugar de la industria automotriz, el bus CAN sigue siendo una parte importante del paisaje automotriz y encuentra usos en áreas como la automatización de edificios.

En esencia, cualquier sistema que requiera conectar múltiples dispositivos en un único bus serie que pueda extenderse a larga distancia puede hacer uso del bus CAN. El componente habilitador es un transceptor especial que proporciona señales lógicas al resto del bus. Aplicaciones industriales, automotrices, robóticas y similares pueden requerir un transceptor CAN aislado, dependiendo de la ubicación del subsistema final. Aquí es cuando necesitarás usar un transceptor CAN aislado y algunos componentes de ejemplo que encontrarás en el mercado.

Entendiendo el Bus CAN

El bus de red de área de control (CAN) fue desarrollado originalmente por Bosch y eventualmente fue codificado en las normas ISO 11898. Esta arquitectura es bastante simple, aunque la construcción del marco de datos puede ser difícil para un principiante. Cada dispositivo en el bus utiliza un transceptor, que luego transmite y recibe mensajes hacia/desde el transceptor de cada otro dispositivo en el bus. Una característica de identificación básica asegura que solo el nodo deseado en la red procese realmente los datos recibidos. La estructura de un bus CAN típico se muestra a continuación.

Arquitectura del bus CAN con un transceptor en cada nodo.

Las características estándar que se utilizan en el protocolo del bus CAN son una gama de tasas de datos, manejo de errores, detección de colisiones y tolerancia a fallos. En este bus, tenemos un sistema de dos cables que puede abarcar largas distancias, dependiendo de la tasa de datos. Las tasas de datos y distancias máximas definidas en las normas CAN se muestran a continuación. Note que la última entrada está definida en la especificación CAN FD (ISO 11898-2); esta norma permite empacar más datos en un solo marco (64 bytes vs. 8 bytes para el CAN clásico).

Algunas aplicaciones originales en control industrial y comunicación probablemente involucraban trabajar cerca de fuentes de alto voltaje, por lo tanto, se requiere aislamiento para proteger los componentes del sistema. En lugar de usar un transformador externo para cancelar transitorios de modo común, puedes usar un IC transceptor CAN.

¿Por qué usar un Transceptor CAN Aislado?

Un IC transceptor CAN aislado integra las características estándar requeridas para interfaz con un bus CAN asegurando al mismo tiempo un alto aislamiento galvánico. Como aplicaciones como automotriz, aeroespacial y una gama de aplicaciones industriales requieren trabajar cerca de fuente de alto voltaje o posibles sobretensiones, los transceptores CAN aislados son ideales para garantizar la fiabilidad.

Debido a que necesitará equilibrar el aislamiento galvánico con la tasa de datos y otras características integradas, preste atención a estas especificaciones importantes:

• Calificaciones de aislamiento. El aislamiento es la razón principal por la que se utilizan este tipo de transceptores, y sus calificaciones ESD son importantes para garantizar la seguridad y compatibilidad con otros productos y aplicaciones específicas. Esto normalmente se indica como un valor RMS en el rango de kV. 

• Voltaje de falla. Las fallas eléctricas pueden ocurrir en el bus, en lugar de ser inducidas por una fuente de poder externa. El voltaje de falla es típicamente de varias docenas de V para componentes de alta calidad. 

• Calificación de temperatura. Dado que los buses CAN normalmente se despliegan en entornos más duros, pueden llevar un requisito de alta temperatura. Asegúrese de verificar esto en las hojas de datos de sus componentes. 

• Cumplimiento de normas. Como muchos componentes de gestión de energía, las hojas de datos para transceptores CAN aislados pueden contener declaraciones de cumplimiento. UL 1577 es una norma común, pero también pueden listarse normas IEC o ISO si el transceptor está dirigido a aplicaciones específicas. 

Aquí hay algunos de los transceptores CAN IC comunes que encontrará de fabricantes y distribuidores de componentes.

Texas Instruments, ISO1042QDWRQ1

El transceptor CAN aislado ISO1042QDWRQ1 de Texas Instruments proporciona una tasa de datos flexible (CAN clásico hasta 1 Mbps y CAN FD hasta 5 Mbps). Este transceptor soporta hasta +/- 30 V de rango de voltaje de modo común con hasta 70 V de protección contra fallas. También soporta una variedad de interfaces lógicas para un controlador CAN estándar. El aislamiento galvánico está garantizado hasta 5 kV (RMS) con 100 kV/µs CMTI y 1060 V RMS de voltaje de trabajo.

Disposición recomendada para el transceptor CAN aislado ISO1042QDWRQ1 de Texas Instruments. Del datasheet de ISO1042QDWRQ1

Maxim Integrated, MAX14882

Este MAX14882 de Maxim Integrated opera hasta 1 Mbps y proporciona hasta 5 kV (RMS) de aislamiento galvánico durante 60 s con 848 V (RMS) de voltaje de trabajo continuo. El LDO integrado acepta un amplio rango de voltaje para la interfaz de suministro, y este transceptor es tolerante a fallas hasta 54 V. Este componente también cumple con la norma UL 1577 para aislamiento básico y cUL (CSA Bulletin 5A). Las aplicaciones ideales incluyen controles de edificios, control industrial y HVAC.

Circuito de aplicación típico del MAX14882 con terminación dividida. Del datasheet del MAX14882.

NXP Semiconductors, TJA1052IT

La serie TJA1052IT de NXP Semiconductors está específicamente dirigida a vehículos eléctricos, que requieren alta aislación galvánica entre subsistemas de alta y baja tensión. Este componente proporciona una tasa de datos de hasta 5 Mbps y puede usarse en sistemas de 12 y 24 V. Además de proporcionar alta aislación de hasta 5 kV, este CI cumple con UL 1577, IEC 61010, IEC 60950 e ISO6469. Las variantes en esta serie proporcionan aislación de hasta 1 kV, 2 kV o 5 kV.

Circuito de aplicación para el transceptor CAN aislado TJA1052IT. Del datasheet del TJA1052IT.

Otros Componentes para Aislación y Comunicación

Los componentes presentados aquí son solo algunas opciones, pero representan los componentes de vanguardia que los diseñadores necesitan para muchas aplicaciones. Además de estos componentes, hay otras partes que podrías necesitar para tu próximo sistema compatible con bus CAN.

Incluso después de seleccionar componentes de choque de modo común y otros filtros para tu sistema, probablemente necesitarás una gama de componentes para gestionar la distribución de energía en tu fuente de alimentación. Aquí hay otros componentes comunes necesarios para sistemas de alta tensión/corriente:

• Diodos TVS u otros componentes de protección contra sobretensiones

• Resistencias para terminación de bus

• ICs de gestión de potencia (PMICs)

No importa qué tipo de sistema estés diseñando, puedes encontrar los componentes que necesitas para colocar y enrutar protocolos de bus digital utilizando las características avanzadas de búsqueda y filtrado en Octopart. El conjunto de datos completo de fabricantes y distribuidores de Octopart, así como una interfaz fácil de usar te ayudarán a encontrar una amplia gama de CI transceptores CAN aislados. Echa un vistazo a nuestra página de circuitos integrados para encontrar los componentes que necesitarás para la transmisión y gestión de datos.

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