? 引?? 言

?????? CAN(Controller Area Network)總線屬于現場總線的范疇，它是德國Bosch公司在20世紀80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議。自Bosch公司推出CAN總線至今，CAN總線以其系統的實用性、可靠性和經濟性而倍受青睞，并獲得了長足的進步。CAN總線是目前唯一有國際標準的現場總線，可實現全分布式多機系統，采用非破壞性總線仲裁技術，可滿足不同的實時要求，通信距離最遠可達10km(傳輸率為5kb／s)，通訊速率最高可達l Mb／s(傳輸距離為40m)；節點數可達110個，傳輸介質為雙絞線或光纖，報文采用短幀結構,帶有CRC校驗以及其他檢錯措施,使得數據出錯率極低, 可靠性極高。CAN總線以其卓越的特性，低廉的價格，極高的可靠性和靈活的結構，已被公認為最有前途的現場總線之一。

正由于CAN總線具有諸多其他總線無法比擬的特性，所以CAN在許多場合應用廣泛。尤其是在一些強干擾的惡劣環境下，比如工業現場，更是有著重要的應用。因此在某些應用領域，由于現場情況十分復雜，各個節點之間存在很高的共模電壓。雖然CAN接口采用的是差分傳輸方式，具有一定的抗共模干擾的能力，但當共模電壓超過CAN驅動器的極限接收電壓時，CAN驅動器就無法正常工作了，嚴重時甚至會燒毀芯片和儀器設備。因此，在強干擾環境中，或是高的性能要求下，就必須對CAN總線各個通信節點實行電氣隔離。

?????? 傳統的CAN總線隔離方法是光耦合器技術，使用光束來隔離和保護檢測電路以及在高壓和低壓電氣環境之間提供一個安全接口。目前一般使用6N137光電隔離器件，以Toshiba公司的6N137為例，該器件工作電壓為5V，最高速率10Mbps，工作溫度一般為0℃到70℃，隔離電壓2500Vrms，并且以DIP8型封裝，每個芯片僅提供一個隔離通道。這些性能已經限制了6N137在更高要求的環境中應用。因此，ADI公司推出的新型雙通道數字隔離器ADUM1201以其諸多優于光電隔離器件的性能優點，在CAN總線以及其他高要求情況下有著廣泛的應用前景。

?????? ADUM1201

?????? ADUM1201基于ADI獲獎的iCoupler數字隔離器采用平面磁場專利隔離技術。iCoupler技術是一項專利隔離技術，它是基于芯片尺寸的變壓器，而不是基于光電耦合器所采用的LED與光電二極管的組合。iCoupler技術由于取消了光電耦合器中的光電轉換過程，并且采用了iCoupler變壓器專利技術集成變壓器驅動和接收電路，從而實現了光電隔離器無法比擬的性能優勢。由于使用晶片級制造工藝直接在芯片上制造iCouple變壓器，所以iCoupler通道比光電耦合器有效地實現通道之間的集成以及比較容易地實現其它半導體功能。

?????? 由于沒有光電耦合器中影響效率的光電轉換環節，所以iCoupler數字隔離器不需要驅動LED的外部電路，其功耗僅為光電耦合器的1/10到1/50。這種新的基于電磁的隔離方法，在抗高溫影響方面遠優于光耦合器，iCoupler數字隔離器在125℃高溫環境下性能和可靠性并不下降，因此可以采用低成本，小體積的SOIC封裝，這樣不但降低了成本還減小了芯片的體積。另外，iCoupler數字隔離器的隔離通道具有比光電耦合器更高的數據傳輸速率、時序精度和瞬態共模抑制能力。其額定隔離電壓是高隔離度光電耦合器的2倍，并且數據傳輸速率和時序精度是其10倍。此外，與光電耦合器不同的是，多通道iCoupler數字隔離器能在同一芯片內提供正向和反向通信通道，這樣就可以使得信號的傳輸方向更加靈活，簡化了芯片間的硬件連接線路。

?????? 由于基于iCoupler技術，所以ADUM1201具有諸多優于光電隔離器的優點：

?????? ●速度更高??? 最高速率可以達到25Mbps。

?????? ●功耗更低?? 功耗低于同數據傳輸率時傳統光電隔離器的1/10，最小工作電流0.8mA。

●性能更高??? 時序精度，瞬態共模抑制力，通道間匹配程度均優于傳統光電隔離器。

?????? ●體積更小?? 集成度更高，印制電路板（PCB）面積為傳統光電隔離器的40％。

?????? ●價格更便宜? 每通道成本為傳統光電隔離器的40％。

?????? ●應用更靈活? 與傳統光電耦合器不同的是，多通道iCoupler數字隔離器能在同一芯片內提供正向和反向信通通道。

?????? ADUM1201所隔離的兩端有各自的電源和參考地，電源電壓范圍在2.7V到5.5V之間，這樣可以實現低電壓供電，從而進一步降低系統功耗。電源和參考地之間需要接入0.01μF到0

.1μF電容，以濾除高頻干擾，電容和電源之間的距離應該在20mm以內，這樣可以達到更好的濾波效果。由于兩個隔離通道高度匹配，通道間串擾很小，并且采用兩通道輸入輸出反向設計，非常適合CAN總線雙向收發的特性，大大簡化可隔離器與所隔離兩端的硬件連接。需要注意的是GND1與GND2是兩個不同的參考地，否則將達不到隔離的效果。

?????? 另外需要注意的是ADUM1201正常工作時，兩端的供電源需要同時上電才能保證ADUM1201兩通道都能正常工作，如果有一個沒有上電就能導致整個芯片無法正常工作。

?????? ADUM1201在CAN總線通信系統中應用

?????? 在CAN總線通信節點中，雙通道數字式隔離器ADUM1201用來實現CAN控制器和CAN驅動器之間的電氣隔離，以到達更好的抗干擾性能。一般放在CAN控制器與CAN驅動器之間，也有的CAN控制器被集成在微控制器內部，那么用ADUM1201實現微控制器和CAN驅動器的隔離即可。

?????? 我們用CAN總線組成了一個傳送高速公路能見度預警信號的遠距離通信網絡。其中利用ADUM1201實現CAN總線節點之間的電氣隔離。CAN總線的具體硬件電路圖如圖1所示，由圖可見，整個硬件電路由微控制器，隔離芯片，CAN總線驅動芯片三部分組成。微控制器選用微芯公司新款集成CAN總線控制器的PIC18LF458芯片，它是8位COMS單片機，內部采用哈佛總線結構，使得全部指令單字節、單周期化，有利于提高CPU執行指令的速度，從而提高單片機的運行速度。同時，最低2V供電電壓，大大降低系統的功耗，以上特點不光滿足了系統需要快速響應的實時性要求，而且滿足了系統需要全天候長時間工作的低功耗要求。CAN驅動器我們選用微芯公司的CAN總線驅動芯片MCP2551，它完全兼容ISO－11898標準，最高速率可達1Mbps，提供了比82C250更好電磁輻射和抗電磁干擾能力性能，為了更好的確保系統的穩定性，外加電阻R2和R3起限流作用，防止MCP2551受過流沖擊，電容C3和C4為小電容以濾除總線上的高頻干擾和防止電磁輻射，D1和D2為防雷擊管，用來防止總線上的瞬變干擾。

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????????????????????????????????????????? 圖1? 單片機與CAN總線的硬件連接
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隔離芯片ADUM1201處于系統的中間，用來隔離各個傳感器節點，它比傳統的光電隔離具有更好的性能，ADUM1201消除了傳統光電隔離器不確定的傳輸速率，非線性的傳輸函數，以及溫度和壽命對器件的影響，不需要其他的驅動和分立元件，提供了更見穩定的轉化性能，而且在相同的信號傳輸速率下功耗只有光電隔離器的1/10到1/6。由圖1可見，ADUM1201以單一芯片實現了CAN總線節點之間的電氣隔離，而且ADUM1201采用雙轉化通道，兩通道方向相反的特殊結構，非常適合于CAN總線信號的傳輸，大大簡化了系統的硬件結構，同時，由一個隔離芯片代替以往的兩個，大大增加了通道間的匹配程度，使系統獲得更好的隔離性能。

?????? 結?? 語

?????? 本文介紹雙通道數字式磁隔離器ADUM1201在CAN總線通信系統中的應用，由于ADUM1201的優良特性，用ADUM1201代替傳統的光電隔離器件，降低了系統功耗，簡化系統結構，增加了系統穩定性，提高了系統的性能。為CAN總線隔離的實現提供了一種很好的解決方案。

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