Изолированные ИС приемопередатчиков CAN для высокоскоростной цифровой связи

Создано: 26 Февраля, 2021
Обновлено: 1 Июля, 2024

Представьте, если бы электроника в вашем автомобиле требовала пару проводов для соединения друг с другом. Кабельные сборки в автомобилях и так поражают воображение, но CAN-шина является одним из протоколов, который помогает уменьшить ширину шины и количество проводов. Хотя изначально CAN-шина была принята крупными производителями, а не автомобильной промышленностью, она остается важной частью автомобильного ландшафта и находит применение в таких областях, как автоматизация зданий.

По сути, любая система, требующая подключения множества устройств к одной последовательной шине, которая может протягиваться на большое расстояние, может использовать CAN-шину. Включающим компонентом является специальный приемопередатчик, который обеспечивает логические сигналы для остальной части шины. Промышленные, автомобильные, робототехнические и подобные приложения могут требовать изолированный CAN-приемопередатчик, в зависимости от расположения конечной подсистемы. Вот когда вам потребуется использовать изолированный CAN-приемопередатчик и примеры компонентов, которые вы найдете на рынке.

Понимание CAN-шины

Сеть контроллеров (CAN) была изначально разработана Bosch и в конечном итоге была закодифицирована в стандартах ISO 11898. Эта архитектура довольно проста, хотя конструкция кадра данных может быть сложной для новичка. Каждое устройство на шине использует приемопередатчик, который затем передает и получает сообщения от/к каждому другому приемопередатчику устройства на шине. Базовая функция идентификации обеспечивает обработку полученных данных только желаемым узлом в сети. Структура типичной CAN-шины показана ниже.

Архитектура CAN-шины с приемопередатчиком на каждом узле.

Стандартные функции, используемые в протоколе CAN-шины, включают в себя диапазон скоростей передачи данных, обработку ошибок, обнаружение коллизий и устойчивость к сбоям. В этой шине мы имеем двухпроводную систему, которая может протягиваться на большие расстояния в зависимости от скорости передачи данных. Скорости передачи данных и максимальные расстояния, определенные в стандартах CAN, показаны ниже. Обратите внимание, что последняя запись определена в спецификации CAN FD (ISO 11898-2); этот стандарт позволяет упаковать больше данных в один кадр (64 байта против 8 байт для классического CAN).

Некоторые первоначальные применения в промышленном управлении и коммуникации, вероятно, включали работу рядом с источниками высокого напряжения, поэтому требуется изоляция для защиты компонентов системы. Вместо использования внешнего трансформатора для устранения общих переходных процессов, вы можете использовать интегральную схему CAN-приемопередатчика.

Почему использовать изолированный CAN-приемопередатчик?

Интегральная схема изолированного CAN-приемопередатчика интегрирует стандартные функции, необходимые для взаимодействия с CAN-шиной, обеспечивая при этом высокую гальваническую изоляцию. Поскольку такие приложения, как автомобильная, аэрокосмическая и ряд промышленных приложений требуют работы рядом с источником высокого напряжения или возможных скачков напряжения, изолированные CAN-приемопередатчики идеально подходят для обеспечения надежности.

Поскольку вам нужно будет сбалансировать гальваническую изоляцию с скоростью передачи данных и другими интегрированными функциями, обратите внимание на эти важные характеристики:

Параметры изоляции. Изоляция является основной причиной использования этих типов трансиверов, и их рейтинги ESD важны для обеспечения безопасности и совместимости с другими продуктами и конкретными приложениями. Обычно это значение указывается как среднеквадратичное значение в диапазоне кВ.

Напряжение неисправности. Электрические неисправности могут возникать на шине, а не быть вызваны внешним источником питания. Напряжение неисправности обычно составляет несколько десятков В для компонентов высокого качества.

Температурный рейтинг. Поскольку шины CAN обычно используются в более суровых условиях, они могут иметь высокие требования к температуре. Обязательно проверьте это в технических описаниях ваших компонентов.

Соответствие стандартам. Как и многие компоненты управления питанием, технические описания изолированных трансиверов CAN могут содержать заявления о соответствии. UL 1577 - это один из общих стандартов, но если трансивер нацелен на конкретные приложения, могут быть указаны стандарты IEC или ISO.

Вот некоторые из распространенных интегральных схем трансиверов CAN, которые вы найдете у производителей и дистрибьюторов компонентов.

Texas Instruments, ISO1042QDWRQ1

Изолированный трансивер CAN ISO1042QDWRQ1 от Texas Instruments обеспечивает гибкую скорость передачи данных (классический CAN до 1 Мбит/с и CAN FD до 5 Мбит/с). Этот трансивер поддерживает до +/- 30 В диапазона общего режима напряжения с защитой от неисправностей до 70 В. Он также поддерживает различные логические интерфейсы к стандартному контроллеру CAN. Гальваническая изоляция гарантирована до 5 кВ (RMS) с 100 кВ/мкс CMTI и рабочим напряжением 1060 В RMS.

Рекомендуемая компоновка для изолированного трансивера CAN ISO1042QDWRQ1 от Texas Instruments. Из технического описания ISO1042QDWRQ1

Maxim Integrated, MAX14882

MAX14882 от Maxim Integrated работает со скоростью до 1 Мбит/с и обеспечивает до 5 кВ (RMS) гальванической изоляции на 60 с с постоянным рабочим напряжением 848 В (RMS). Интегрированный LDO принимает широкий диапазон напряжений для интерфейса питания, и этот трансивер устойчив к неисправностям до 54 В. Этот компонент также соответствует стандарту UL 1577 для базовой изоляции и cUL (CSA Bulletin 5A). Идеально подходит для систем управления зданиями, промышленного управления и HVAC.

Типичная схема применения MAX14882 с разделенной терминировкой. Из технического описания MAX14882.

NXP Semiconductors, TJA1052IT

Серия TJA1052IT от NXP Semiconductors специально предназначена для электромобилей, которым требуется высокая гальваническая изоляция между подсистемами высокого и низкого напряжения. Этот компонент обеспечивает скорость передачи данных до 5 Мбит/с и может использоваться в системах 12 и 24 В. Помимо высокой изоляции до 5 кВ, этот ИС соответствует стандартам UL 1577, IEC 61010, IEC 60950 и ISO6469. Варианты в этой серии обеспечивают изоляцию до 1 кВ, 2 кВ или 5 кВ.

Схема применения изолированного CAN-приемопередатчика TJA1052IT. Из технического описания TJA1052IT.

Другие компоненты для изоляции и коммуникации

Представленные здесь компоненты - лишь некоторые из вариантов, но они представляют собой компоненты высшего класса, которые необходимы разработчикам для многих приложений. Помимо этих компонентов, вам могут понадобиться и другие детали для вашей следующей системы, совместимой с CAN-шиной.

Даже после выбора компонентов общего режима подавления помех и других фильтров для вашей системы, вам, скорее всего, понадобится ряд компонентов для управления распределением энергии в вашем источнике питания. Вот некоторые другие распространенные компоненты, необходимые для систем высокого напряжения/тока:

Независимо от типа системы, которую вы разрабатываете, вы можете найти необходимые компоненты для размещения и трассировки цифровых протоколов шины с помощью расширенного поиска и функций фильтрации на Octopart. Обширный набор данных о производителях и дистрибьюторах от Octopart, а также удобный интерфейс помогут вам найти огромный ассортимент изолированных ИС CAN-приемопередатчиков. Посмотрите нашу страницу с интегральными схемами, чтобы найти компоненты, которые вам понадобятся для передачи и управления данными.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.