高速デジタル通信用の絶縁CANトランシーバIC

投稿日二月 26, 2021
更新日七月 1, 2024

車の電子機器が互いに接続するために一対のワイヤーが必要だったと想像してみてください。車内のケーブルアセンブリはすでに膨大ですが、CANバスはバス幅とワイヤー数を減少させるのに役立つプロトコルの一つです。もともとは自動車産業よりも大手メーカーに採用されたものの、CANバスは自動車の風景の重要な部分として残り、建築オートメーションのような分野での使用が見られます。

本質的に、長距離にわたって単一のシリアルバス上で複数のデバイスを接続する必要があるシステムは、CANバスを利用できます。バスの残りの部分にロジック信号を提供する特別なトランシーバーが、これを可能にするコンポーネントです。産業、自動車、ロボティクスなどのアプリケーションでは、エンドサブシステムの位置に応じて、絶縁されたCANトランシーバーが必要になる場合があります。ここでは、絶縁されたCANトランシーバーを使用する必要がある場合と、市場で見つかる例示コンポーネントについて説明します。

CANバスを理解する

コントローラーエリアネットワーク（CAN）バスは元々ボッシュによって開発され、最終的にISO 11898規格で規定されました。このアーキテクチャは非常にシンプルですが、データフレームの構築は初心者にとって難しいかもしれません。バス上の各デバイスはトランシーバーを使用し、それがバス上の他のすべてのデバイスのトランシーバーにメッセージを送受信します。基本的な識別機能により、ネットワーク上の望ましいノードのみが受信データを実際に処理します。典型的なCANバスの構造は以下の通りです。

各ノードにトランシーバーがあるCANバスアーキテクチャ。

CANバスプロトコルで使用される標準機能には、データレートの範囲、エラー処理、衝突検出、およびフォールトトレランスがあります。このバスでは、データレートに応じて長距離にわたることができる2線式システムを持っています。CAN規格で定義されているデータレートと最大距離は以下の通りです。最後のエントリーはCAN FD仕様（ISO 11898-2）で定義されており、この標準では1つのフレームにより多くのデータ（64バイト対クラシカルCANの8バイト）を詰め込むことができます。

産業制御や通信のいくつかの元々のアプリケーションは、高電圧源の近くで作業することが多いため、システムコンポーネントを保護するために絶縁が必要です。共通モード過渡現象をキャンセルするために外部トランスを使用するのではなく、CANトランシーバーICを使用できます。

なぜ絶縁されたCANトランシーバーを使用するのか？

絶縁されたCANトランシーバーICは、CANバスとのインターフェースに必要な標準機能を統合しつつ、高い絶縁を確保します。自動車、航空宇宙、および産業アプリケーションの範囲などのアプリケーションでは、高電圧源の近くで作業するか、可能性のある電力サージが必要とされるため、絶縁されたCANトランシーバーは信頼性を確保するのに理想的です。

ガルバニック絶縁とデータレートおよびその他の統合機能をバランスさせる必要があるため、これらの重要な仕様に注意してください：

絶縁定格。 このタイプのトランシーバーが使用される主な理由は絶縁であり、ESD定格は安全性を確保し、他の製品や特定のアプリケーションとの互換性を保つために重要です。これは通常、kV範囲のRMS値として記載されます。

故障電圧。 電気的な故障は、外部電源によって誘発されるのではなく、バス上で発生することがあります。故障電圧は、高品質なコンポーネントの場合、通常数十Vです。

温度定格。 CANバスは通常、過酷な環境で使用されるため、高温度要件を持つことがあります。コンポーネントのデータシートでこれを確認してください。

標準準拠。 多くの電力管理コンポーネントと同様に、絶縁されたCANトランシーバーのデータシートには、準拠声明が含まれている場合があります。UL 1577は一般的な標準の一つですが、トランシーバーが特定のアプリケーションを対象としている場合、IEC標準やISO標準が記載されていることもあります。

ここに、コンポーネントメーカーやディストリビューターから見つかる一般的なCANトランシーバーICのいくつかを紹介します。

Texas Instruments, ISO1042QDWRQ1

Texas InstrumentsのISO1042QDWRQ1絶縁CANトランシーバーは、柔軟なデータレート（クラシックCANは最大1 Mbps、CAN FDは最大5 Mbps）を提供します。このトランシーバーは、最大±30 Vの共通モード電圧範囲をサポートし、最大70 Vの故障保護を提供します。また、標準のCANコントローラーへのさまざまなロジックインターフェースをサポートします。ガルバニック絶縁は、5 kV（RMS）まで保証され、100 kV/µs CMTIおよび1060 V RMS作動電圧をサポートします。

Texas InstrumentsのISO1042QDWRQ1絶縁CANトランシーバーの推奨レイアウト。 ISO1042QDWRQ1データシートより

Maxim Integrated, MAX14882

Maxim IntegratedのMAX14882は、最大1 Mbpsで動作し、60秒間の5 kV（RMS）のガルバニック絶縁と848 V（RMS）の連続作動電圧を提供します。統合されたLDOは、供給インターフェースの広い電圧範囲を受け入れ、このトランシーバーは54 Vまでの故障耐性があります。このコンポーネントは、基本絶縁に関するUL 1577標準およびcUL（CSA Bulletin 5A）にも準拠しています。理想的なアプリケーションには、ビルディングコントロール、産業制御、HVACが含まれます。

分割終端を持つ典型的なMAX14882アプリケーション回路。 MAX14882データシートより。

NXPセミコンダクターズ、TJA1052IT

NXPセミコンダクターズのTJA1052ITシリーズは、高電圧と低電圧のサブシステム間に高い絶縁を必要とする電気自動車を対象としています。このコンポーネントは最大5Mbpsのデータレートを提供し、12Vおよび24Vシステムで使用できます。5kVまでの高い絶縁を提供するだけでなく、このICはUL 1577、IEC 61010、IEC 60950、ISO6469に準拠しています。このシリーズのバリアントは、1kV、2kV、または5kVまでの絶縁を提供します。

TJA1052IT絶縁CANトランシーバーのアプリケーション回路。 TJA1052ITデータシートより。

絶縁と通信のためのその他のコンポーネント

ここで紹介されたコンポーネントはほんの一例ですが、多くのアプリケーションに必要な最先端のコンポーネントを代表しています。これらのコンポーネントに加えて、次のCANバス対応システムに必要な他の部品があります。

システムに共通モードチョークコンポーネントやその他のフィルターを選択した後でも、電源供給の電力分配を管理するために必要なさまざまなコンポーネントがあります。高電圧/電流システムに必要なその他の一般的なコンポーネントは次のとおりです：

どのタイプのシステムを設計している場合でも、Octopartの高度な検索とフィルタリング機能を使用して、デジタルバスプロトコルを配置およびルーティングするために必要なコンポーネントを見つけることができます。Octopartからの包括的なメーカーおよびディストリビューターのデータセット、および多数の絶縁CANトランシーバーICを見つけるのに役立つユーザーフレンドリーなインターフェース。データ伝送および管理に必要なコンポーネントを見つけるために、当社の集積回路ページをご覧ください。

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