| 隨著CAN總線在工業(yè)應用中的普及,保護其控制器和收發(fā)器免受工業(yè)環(huán)境中電機開關、靜電放電或近距離雷擊引起的大電流或高電壓破壞至關重要。本文討論的iCoupler數字隔離器被置于控制器和收發(fā)器之間,結合隔離式DC/DC轉換器,既可以斷開接地回路以有效防止浪涌破壞,又可以不妨礙信號的正常傳輸。 串行通信總線通過RS-232、RS-485和控制器局域網(CAN)等物理網絡傳送數據,應用領域涉及工業(yè)過程控制、供電電源調節(jié)(穩(wěn)壓)以及計算機間的點對點通信。 這些相互連接的系統(tǒng)每個都配備有自己的電源,而且各系統(tǒng)之間往往間隔較遠。正因為如此,我們通常需要采取電氣隔離措施來確保系統(tǒng)的物理安全,并且需要切斷接地回路,來保護系統(tǒng)免受瞬態(tài)高電壓沖擊,同時減少信號失真。 變壓器、耦合電容、光耦,以及現(xiàn)在ADI推出的iCoupler,都是典型的電氣隔離方法,它們在阻斷兩點之間電流通路的同時,能夠確保數據無阻礙通過。 隔離帶來的好處 隔離可以保護系統(tǒng)免受由線路電涌或接地回路引起的高電壓和大電流損害,這種情況在包含多個接地通路的系統(tǒng)中極有可能發(fā)生。各系統(tǒng)被長線纜相隔,它們的地電勢可能并不相等,因此兩個系統(tǒng)之間會產生地電流。如果不采取隔離措施,這個電流將會在系統(tǒng)中引入噪聲、降低測量精度甚至毀壞系統(tǒng)元件。 工業(yè)環(huán)境中,電機的啟動和關閉、靜電放電或近距離雷擊都會把電流通過感應耦合到長距離線纜中,從而引起地電位發(fā)生快速改變,這種變化經常高達數百甚至數千伏。當這類現(xiàn)象發(fā)生時,遠端系統(tǒng)期望獲得的邏輯電平開關信號就會被迭加在一個參考其本地地電位的高電壓之上。如果沒有采取隔離措施,這個電壓將破壞信號甚至損害系統(tǒng)。如果與總線連接的所有器件都只參考同一個地,那么系統(tǒng)將免受這種破壞性能量的影響,而將器件隔離則可以防止接地回路和電涌的發(fā)生。 為了做到系統(tǒng)間的完全隔離,所有信號線和電源都必須進行隔離。隔離式直流/直流(DC/DC)轉換器可以提供電源隔離,而iCoupler數字隔離器則可以提供信號隔離。 CAN總線 CAN總線標準最早是為汽車應用而開發(fā)的,它定義了兩線串行通信協(xié)議,數據傳輸速率高達1Mbps,最多節(jié)點數達到30個,線纜長度最大為40米。CAN總線標準規(guī)定了物理層和數據鏈路層協(xié)議,數據以幀格式進行異步傳輸,每一幀包含開始和停止位、仲裁域、控制域、循環(huán)冗余校驗域以及確認域。 總線上的每個節(jié)點可以同時進行偵聽和發(fā)送,因此CAN協(xié)議最重要的特點之一就是‘非破壞性逐位仲裁’,它能夠確保不丟失數據。每個節(jié)點在開始發(fā)送消息的時候都會發(fā)送一個顯性開始消息位,其它節(jié)點都能夠探測到這個動作,在該消息發(fā)送完之前它們不會試圖發(fā)送。 緊接著,會發(fā)送11或29位仲裁域。這個域也被稱作標識符,用來區(qū)分總線上發(fā)送信息的優(yōu)先級。最高優(yōu)先級的節(jié)點通常會獲得總線的控制權,而低優(yōu)先級的節(jié)點則需要等待。這樣可以確保最高優(yōu)先級的消息總是能夠順利通過。 
F1：集成數字隔離器和隔離式供電電源的隔離型CAN總線網絡。 CAN總線采用平衡的兩線差分接口,典型工作電壓為3V或5V,所采用的非歸零碼(NRZ)編碼方法可以實現(xiàn)信息壓縮,使發(fā)生的電平跳變(0/1)最少并且具備很高的抗噪聲能力。CAN總線收發(fā)器采用一對開漏器件形成CANH(Vcc-0.9V)到CANL(1.5V)的差分信號。驅動發(fā)送器,就會產生代表邏輯低電平的顯性信號;如果驅動器沒有被驅動,則上拉電阻將總線設置于Vcc/2,并產生代表邏輯高電平的隱性信號。 待機控制將收發(fā)器置于低功耗模式。在待機模式下低功耗的接收器仍處于激活狀態(tài),隨時監(jiān)視總線的狀態(tài)變化,并在檢測到總線活動時命令控制器激活本地節(jié)點。 iCoupler的應用 數字隔離器不支持CAN總線標準,因此不能在收發(fā)器和線纜之間使用,而要將它們用于收發(fā)器和采用標準3V或5V邏輯電平的本地CAN控制器之間。因為iCoupler隔離器的輸入和輸出電路是彼此電氣隔離的,因此一種將系統(tǒng)與線纜隔離的最簡單方法就是在CAN控制器和收發(fā)器之間插入一個iCoupler隔離器。 為了實現(xiàn)完全隔離,數字隔離器和收發(fā)器的供電電源可以使用隔離式DC/DC轉換器。數字隔離器和隔離式供電的有機結合可以消除接地回路,并有效防止浪涌破壞。 (作者：Scott Wayne 來源：電子工程專輯) |
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