要搭建一個健壯的CAN網絡,隔離、阻抗匹配、外圍保護,需要考慮的點非常之多,稍有不慎就有可能留下“內傷”。怎樣能夠讓我們的網絡健康運行,無畏風雨呢?請看此文。
對于提高CAN總線節點的可靠性而言,隔離、總線阻抗匹配、總線保護等等是離不開的,在設計CAN節點時要注意這些點來提高總線電路可靠性和安全性。下面我們來分別盤點一番:
一、隔離
1、信號隔離
常見的信號隔離技術有光耦和磁隔兩種。而在CAN總線上建議選用使用磁隔離的方案,因為磁隔離相對來說更為可靠,消除了光耦合器帶來的相關不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時間漂移和隨溫度漂移的問題。磁偶方案天生就自帶25KV/us的瞬態共模抑制能力,并且能夠在電壓差峰值560V的環境下正常工作可以說是非常優秀了。
用隔離收發器將總線和控制電路進行電氣隔離,不但可以把高壓擋在我們的控制系統之外保護操作人員的安全,而且能抑制由接地電勢差、接地環路等帶來的各種公模干擾,保證總線能在嚴重干擾和其它系統級噪聲存在的情況下不間斷、無差錯運行。讓我們看下面的圖片,使用隔離收發器后,就可以避免形成地環路,總線參考地可跟隨共模電壓的波動而波動,共模電壓全部由隔離帶承受,共模電壓對總線信號變得不再可見,總線從而可以穩定可靠地進行通信。
2、電源隔離
信號隔離之后,電源也應進行隔離。在此推薦集成模塊的方案,眾所周知同樣功能和性能的電路,電路越少元器件數目越少,連線和焊點的數量也就會減少,出現故障的概率也就會相對降低。因此,直接采用帶隔離的DC-DC隔離模塊實現即可方便的實現電源的隔離。
二、阻抗匹配
電信號在在電纜上傳輸時,若阻抗不連續或發生突變時,就會出現信號反射的現象。這個時候就會出現信號的振鈴和地彈,反射的信號疊加在正常的信號上,數據的傳輸便可能出現錯誤。為了消減這種信號反射就要讓傳輸電纜上的阻抗保持連續,可電纜雖標準,終歸是有終點的,終點的阻抗就會發生突變。為了使總線能夠穩定,終點阻抗保持連續,CAN-Bus規定要在電纜兩端接入匹配電阻。這個終端電阻的阻值一般選用120Ω。
三、外圍保護
節點若是工作在戶外等惡劣的現場環境,環境影響是一個必須要考慮的因素。此時需要對CAN信號端口添加更高等級的防護電路,保證節點不被損壞以及總線的可靠通訊。具體保護電路的設計可以參照下圖:
上圖中除了右端的保護電路,中間使用的CAN隔離收發器模塊,該模塊主要集成了CAN收發器、DC-DC電源模塊、信號隔離電路三部分電路,打包封裝成一個獨立的模塊,可大大簡化CAN硬件設定的難度,降低開發時間成本。
而且目前市面上已出現表貼式CAN收發器,與傳統的設計相比,表貼式產品不僅具備更高的集成度與可靠性,并且支持業內所有常用的貼片封裝,適用于需要高穩定性CAN總線通訊的場合,能夠最大程度的提升用戶的生產效能,幫助用戶提升總線通信防護等級。
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原文標題:CAN組網不得不關注的細節
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