各位工程師對于CAN總線隔離方案想必都極為熟悉，但可能會遇到CAN總線采用了隔離方案依舊通訊異常的情況。這一類問題應(yīng)該怎么解決呢?本文將對各類方案電路原理為大家分析原因并提供相應(yīng)解決方案。
1、常見主流收發(fā)器芯片
隨著汽車電子和工業(yè)的迅猛發(fā)展，CAN總線被廣泛的應(yīng)用各行各業(yè)的總線通信上。半導(dǎo)體行業(yè)的不斷更新，早期的CAN收發(fā)器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的需求，世界上CAN收發(fā)器的生產(chǎn)公司，也在不斷地進行技術(shù)更新，推出性能更好的CAN收發(fā)器。
目前主流的CAN收發(fā)器是PCA82C250/251，TJA1040/1050T/1051以及ZLG的CTM系列與SC系列隔離CAN模塊等。PCA82C250/251是最早期的CAN收發(fā)器，采用的是三極管構(gòu)架的，在電磁輻射和斜率控制上不是很理想，高速CAN上容易出現(xiàn)下沖;TJA1040/1050T/1051和MC33901基本性能參數(shù)優(yōu)良;ZLG的CTM隔離CAN模塊是集成了CAN收發(fā)器、電源及信號隔離于一體。
2、總線隔離方案
為保證CAN網(wǎng)絡(luò)的通訊穩(wěn)定性，通訊接口通常會做隔離，目前隔離CAN的方案包括兩種，其一，采用收發(fā)器芯片、隔離芯片以及隔離電源分立搭建隔離CAN電路，電路簡圖如下圖所示。
采用分立的方案搭建，從物料成本來判斷，較為節(jié)約成本，但隔離電路的穩(wěn)定性和一致性不好保證，需要工程師自主要調(diào)節(jié)到好電路的隔離效果，在研發(fā)投入以及后期的物料管理等方面需要進行相應(yīng)投入。全隔離模塊方案相比于分立芯片的價格偏高，但在會經(jīng)過一系列的可靠性與EMC測試，能夠保證在產(chǎn)品性能的一致性與穩(wěn)定性。
3、為什么隔離總線接口還需要保護
目前，工業(yè)產(chǎn)品對通信接口的EMC等級要求越來越高。許多應(yīng)用要求滿足IEC61000-4-2靜電放電4級，IEC61000-4-5 浪涌抗擾4級要求。一般的收發(fā)器ESD、浪涌的防護等級均比較低，如CTM1051M隔離CAN收么器的隔離耐壓為2500VDC，裸機情況下，ESD、浪涌等級均較低。所以有必要增加外圍電路，提高通信端口的EMC等級。
4、總線接口保護電路
(1)方案一
結(jié)合隔離收發(fā)器的特性，此處提供了一個隔離CAN、485收發(fā)器的外圍保護電路，如下圖。
此保護電路主要由氣體放電管、限流電阻、TVS管、共模電感組成。氣體放電管GDT用于吸收大部分浪涌能量;限流電阻R2、R3限制流過TVS管的電流，防止流過TVS管的電流過大損壞TVS管;TVS管將收發(fā)器引腳之間的電壓限制在TVS的鉗位電壓，保護后級收發(fā)器芯片。T1用于抑制收發(fā)器對外界造成的傳導(dǎo)騷擾，并抑制部分共模干擾。此保護電路可以有效地抑制共模浪涌及差模浪涌。電路推薦參數(shù)如下表所示，根據(jù)此表的推薦參數(shù)，可滿足IEC61000-4-2，IEC61000-4-5 4級要求。
(2)方案二
圖1的電路中，TVS管的結(jié)電容較大，可達(dá)到上百皮法，并不適合節(jié)點數(shù)較多的應(yīng)用場合。如果總線節(jié)點數(shù)較多，建議增加快恢復(fù)二極管，如HFM107，以降低結(jié)電容對通信造成的影響，如下圖所示。
圖2中，D1~D4四個快恢復(fù)二極管組成一個橋式結(jié)構(gòu)，與TVS1結(jié)合實現(xiàn)總線對差模浪涌信號的抑制。D5、D6實現(xiàn)共模浪涌信號的抑制。
實際應(yīng)用中，若總線參考地與大地有絕緣電阻要求，可將R1、C1更換為氣體放電管，如2RM090L。
本文給出的隔離收發(fā)器保護電路，僅作為參考設(shè)計。實際的總線應(yīng)用復(fù)雜，外圍保護電路也需要根據(jù)總線節(jié)點數(shù)、總線長度等因素進行實際調(diào)整，才能達(dá)到滿意的保護效果。
(3)方案三
可以采用ZLG的SP00S12浪涌保護模塊，可用于各種信號傳輸系統(tǒng)，抑制雷擊、浪涌、過壓等 有害信號，對設(shè)備信號端口進行保護。搭配ZLG的全隔離CTM或SC系列的隔離CAN收發(fā)器，可極大程度的提升產(chǎn)品的集成度，于此同時極大程度的縮小開發(fā)周期。
(4)方案四
ZLG在總線隔離方面已經(jīng)有近二十年的設(shè)計經(jīng)驗積累，全新推出了內(nèi)部集成了高防護電路的隔離CAN模塊CTM1051(A)HP，再度提升了模塊的防護能力，EMC防護等級較常規(guī)方案性能實現(xiàn)極大提升，如下表所示。
