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CAN總線節(jié)點(diǎn)的可靠性設(shè)計(jì)

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對(duì)于提高CAN總線節(jié)點(diǎn)的可靠性而言,離不開隔離、總線阻抗匹配、總線保護(hù)等,在設(shè)計(jì)CAN節(jié)點(diǎn)時(shí)要注意這些點(diǎn)以提高總線電路可靠性和安全性。

1.隔離

信號(hào)隔離

隔離收發(fā)器可將總線和控制電路進(jìn)行電氣隔離,將高壓阻擋在控制系統(tǒng)之外,可以有效地保證操作人員的人身及系統(tǒng)安全。不僅如此,隔離可以抑制由接地電勢(shì)差、接地環(huán)路引起的各種共模干擾,保證總線在嚴(yán)重干擾和其它系統(tǒng)級(jí)噪聲存在的情況下不間斷、無(wú)差錯(cuò)運(yùn)行。如圖1所示,使用隔離收發(fā)器后,可以有效防止形成地環(huán)路,總線參考地可跟隨共模電壓的波動(dòng)而波動(dòng),共模電壓全部由隔離帶承受,共模電壓對(duì)總線信號(hào)變得不再可見,從而保證總線穩(wěn)定可靠地通信。

CAN總線上建議使用磁隔離技術(shù)。磁隔離技術(shù)可靠性較高,磁耦消除了與光耦合器相關(guān)的不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時(shí)間漂移和隨溫度漂移問(wèn)題;磁耦均帶有25KV/us的瞬態(tài)共模抑制能力,且能夠在電壓差峰值560V的環(huán)境下正常工作。磁耦器件可提供5000Vrms/min及6000V/10sec的電壓隔離保護(hù),多種型號(hào)的磁耦帶有±15KV的ESD保護(hù)。長(zhǎng)壽命。采用芯片級(jí)變壓器技術(shù)傳輸信號(hào),消除光耦傳輸時(shí)的器件損耗。器件內(nèi)部基本不存在損耗,正常工作條件下至少達(dá)到50年工作壽命。低功耗。磁耦基于芯片級(jí)變壓器傳輸原理,信號(hào)傳輸時(shí)幾乎不存在能量損耗,因此能以極低的功耗實(shí)現(xiàn)高度的數(shù)據(jù)隔離。相同速率下,其功耗僅為光耦的1/10~1/6。

電源隔離

信號(hào)通道做隔離后,建議電源通道也做隔離,可直接采用帶隔離的DC-DC隔離模塊實(shí)現(xiàn),如圖2所示。

圖2 DC-DC隔離電源模塊

2.阻抗匹配

電信號(hào)在在電纜上傳輸時(shí),當(dāng)阻抗不連續(xù)或者發(fā)生突變時(shí),就會(huì)發(fā)生信號(hào)反射。反射的過(guò)程十分的復(fù)雜,甚至可能發(fā)生多次反射,反射的信號(hào)疊加在正常的信號(hào)上,引起電平變化,導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤。為了消減這種信號(hào)反射的方法,我們是使傳輸電纜上的阻抗保持連續(xù),但是電纜總是有終點(diǎn)的,終點(diǎn)的阻抗是突變的,為了使終點(diǎn)阻抗保持連續(xù),CAN-Bus規(guī)定要在電纜兩端接入匹配電阻。這個(gè)終端電阻的阻值一般選用120Ω。如圖3所示。

圖3 CAN總線終端電阻匹配

3.保護(hù)措施

節(jié)點(diǎn)在戶外等惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境時(shí),容易遭受大能量的雷擊,此時(shí)需要對(duì)CAN 信號(hào)端口添加更高等級(jí)的防護(hù)電 路,保證節(jié)點(diǎn)不被損壞以及總線的可靠通訊。

圖4 CAN節(jié)點(diǎn)端口推薦電路

圖4中除了右端的保護(hù)電路,中間使用的CAN隔離收發(fā)器模塊,該模塊主要集成了CAN收發(fā)器、DC-DC電源模塊、信號(hào)隔離電路三部分電路,打包封裝成一個(gè)獨(dú)立的模塊,可大大簡(jiǎn)化CAN硬件設(shè)定的難度,降低開發(fā)時(shí)間成本。

圖5 CTM1051CAN隔離收發(fā)模塊

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