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CAN总线节点的可靠性设计

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CAN 总线节点的可靠性设计 CAN 总线通讯已经从汽车电子行业逐渐向各行各业铺开使用了,例 如轨道交通、矿井监控等。在设计 CAN 总线接口电路时需要注意哪些问题 呢? 对于提高 CAN 总线节点的可靠性而言,离不开隔离、总线阻抗匹 配、总线保护等,在设计 CAN 节点时要注意这些点以提高总线电路可靠性 和安全性。 一、隔离 信号隔离 隔离收发器可将总线和控制电路进行电气隔离,将高压阻挡在控制系 统之外,可以有效地保证操作人员的人身及系统安全。不仅如此,隔离可以 抑制由接地电势差、接地环路引起的各种共模干扰,保证总线在严重干扰和 其它系统级噪声存在的情况下不间断、无差错运行。如图 1 所示,使用隔离 收发器后,可以有效防止形成地环路,总线参考地可跟随共模电压的波动而 波动,共模电压全部由隔离带承受,共模电压对总线信号变得不再可见,从 而保证总线稳定可靠地通信。 CAN 总线上建议使用磁隔离技术。磁隔离技术可靠性较高,磁耦消 除了与光耦合器相关的不确定的电流传送比率、非线性传送特性以及随时间 漂移和随温度漂移问题;磁耦均带有 25KV/us 的瞬态共模抑制能力,且能够 在电压差峰值 560V 的环境下正常工作。磁耦器件可提供 5000Vrms/min 及 6000V/10sec 的电压隔离保护,多种型号的磁耦带有±15KV 的 ESD 保护。长寿命。采用芯片级变压器技术传输信号,消除光耦传输时的器件损 耗。器件内部基本不存在损耗,正常工作条件下至少达到 50 年工作寿命。低 功耗。磁耦基于芯片级变压器传输原理,信号传输时几乎不存在能量损耗, 因此能以极低的功耗实现高度的数据隔离。相同速率下,其功耗仅为光耦的 1/10~1/6。 电源隔离 信号通道做隔离后,建议电源通道也做隔离,可直接采用带隔离的 DC-DC 隔离模块实现,如下图所示。 DC-DC 隔离电源模块 二、阻抗匹配 电信号在在电缆上传输时,当阻抗不连续或者发生突变时,就会发生 信号反射。反射的过程十分的复杂,甚至可能发生多次反射,反射的信号叠 加在正常的信号上,引起电平变化,导致数据传输出现错误。为了消减这种 信号反射的方法,我们是使传输电缆上的阻抗保持连续,但是电缆总是有终 点的,终点的阻抗是突变的,为了使终点阻抗保持连续,CAN-Bus 规定要在 电缆两端接入匹配电阻。这个终端电阻的阻值一般选用 120Ω。如图 3 所示。 CAN 总线终端电阻匹配 三、保护措施 节点在户外等恶劣的现场环境时,容易遭受大能量的雷击,此时需要 对 CAN 信号端口添加更高等级的防护电 路,保证节点不被损坏以及总线的可靠通讯。 CAN 节点端口推荐电路 上图中除了右端的保护电路,中间使用的 CAN 隔离收发器模块,该 模块主要集成了 CAN 收发器、DC-DC 电源模块、信号隔离电路三部分电 路,打包封装成一个独立的模块,可大大简化 CAN 硬件设定的难度,降低 开发时间成本。 CTM1051CAN 隔离收发模块


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