| 隨著CAN總線在工業(yè)應(yīng)用中的普及,保護(hù)其控制器和收發(fā)器免受工業(yè)環(huán)境中電機(jī)開關(guān)、靜電放電或近距離雷擊引起的大電流或高電壓破壞至關(guān)重要。本文討論的iCoupler數(shù)字隔離器被置于控制器和收發(fā)器之間,結(jié)合隔離式DC/DC轉(zhuǎn)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(hào)的正常傳輸。 串行通信總線通過(guò)RS-232、RS-485和控制器局域網(wǎng)(CAN)等物理網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù),應(yīng)用領(lǐng)域涉及工業(yè)過(guò)程控制、供電電源調(diào)節(jié)(穩(wěn)壓)以及計(jì)算機(jī)間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。 這些相互連接的系統(tǒng)每個(gè)都配備有自己的電源,而且各系統(tǒng)之間往往間隔較遠(yuǎn)。正因?yàn)槿绱?我們通常需要采取電氣隔離措施來(lái)確保系統(tǒng)的物理安全,并且需要切斷接地回路,來(lái)保護(hù)系統(tǒng)免受瞬態(tài)高電壓沖擊,同時(shí)減少信號(hào)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?cè)谧钄鄡牲c(diǎn)之間電流通路的同時(shí),能夠確保數(shù)據(jù)無(wú)阻礙通過(guò)。 隔離帶來(lái)的好處 隔離可以保護(hù)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(gè)接地通路的系統(tǒng)中極有可能發(fā)生。各系統(tǒng)被長(zhǎng)線纜相隔,它們的地電勢(shì)可能并不相等,因此兩個(gè)系統(tǒng)之間會(huì)產(chǎn)生地電流。如果不采取隔離措施,這個(gè)電流將會(huì)在系統(tǒng)中引入噪聲、降低測(cè)量精度甚至毀壞系統(tǒng)元件。 工業(yè)環(huán)境中,電機(jī)的啟動(dòng)和關(guān)閉、靜電放電或近距離雷擊都會(huì)把電流通過(guò)感應(yīng)耦合到長(zhǎng)距離線纜中,從而引起地電位發(fā)生快速改變,這種變化經(jīng)常高達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千伏。當(dāng)這類現(xiàn)象發(fā)生時(shí),遠(yuǎn)端系統(tǒng)期望獲得的邏輯電平開關(guān)信號(hào)就會(huì)被迭加在一個(gè)參考其本地地電位的高電壓之上。如果沒(méi)有采取隔離措施,這個(gè)電壓將破壞信號(hào)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(gè)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(hào)線和電源都必須進(jìn)行隔離。隔離式直流/直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器可以提供電源隔離,而iCoupler數(shù)字隔離器則可以提供信號(hào)隔離。 CAN總線 CAN總線標(biāo)準(zhǔn)最早是為汽車應(yīng)用而開發(fā)的,它定義了兩線串行通信協(xié)議,數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)1Mbps,最多節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)到30個(gè),線纜長(zhǎng)度最大為40米。CAN總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,數(shù)據(jù)以幀格式進(jìn)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(yàn)域以及確認(rèn)域。 總線上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)進(jìn)行偵聽(tīng)和發(fā)送,因此CAN協(xié)議最重要的特點(diǎn)之一就是‘非破壞性逐位仲裁’,它能夠確保不丟失數(shù)據(jù)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在開始發(fā)送消息的時(shí)候都會(huì)發(fā)送一個(gè)顯性開始消息位,其它節(jié)點(diǎn)都能夠探測(cè)到這個(gè)動(dòng)作,在該消息發(fā)送完之前它們不會(huì)試圖發(fā)送。 緊接著,會(huì)發(fā)送11或29位仲裁域。這個(gè)域也被稱作標(biāo)識(shí)符,用來(lái)區(qū)分總線上發(fā)送信息的優(yōu)先級(jí)。最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)通常會(huì)獲得總線的控制權(quán),而低優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)則需要等待。這樣可以確保最高優(yōu)先級(jí)的消息總是能夠順利通過(guò)。 
F1：集成數(shù)字隔離器和隔離式供電電源的隔離型CAN總線網(wǎng)絡(luò)。 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(shí)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(duì)開漏器件形成CANH(Vcc-0.9V)到CANL(1.5V)的差分信號(hào)。驅(qū)動(dòng)發(fā)送器,就會(huì)產(chǎn)生代表邏輯低電平的顯性信號(hào);如果驅(qū)動(dòng)器沒(méi)有被驅(qū)動(dòng),則上拉電阻將總線設(shè)置于Vcc/2,并產(chǎn)生代表邏輯高電平的隱性信號(hào)。 待機(jī)控制將收發(fā)器置于低功耗模式。在待機(jī)模式下低功耗的接收器仍處于激活狀態(tài),隨時(shí)監(jiān)視總線的狀態(tài)變化,并在檢測(cè)到總線活動(dòng)時(shí)命令控制器激活本地節(jié)點(diǎn)。 iCoupler的應(yīng)用 數(shù)字隔離器不支持CAN總線標(biāo)準(zhǔn),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(biāo)準(zhǔn)3V或5V邏輯電平的本地CAN控制器之間。因?yàn)閕Coupler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(jiǎn)單方法就是在CAN控制器和收發(fā)器之間插入一個(gè)iCoupler隔離器。 為了實(shí)現(xiàn)完全隔離,數(shù)字隔離器和收發(fā)器的供電電源可以使用隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器。數(shù)字隔離器和隔離式供電的有機(jī)結(jié)合可以消除接地回路,并有效防止浪涌破壞。 (作者：Scott Wayne 來(lái)源：電子工程專輯) | 
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