CAN總線技術運用于接口電路設計注意事項
CAN 總線是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網絡,以其高性能和高可靠性在自動控制領域得到了廣泛的應用。為提高系統的驅動能力,增大通信距離,實際應用中多采用Philips公司的82C250作為CAN控制器與物理總線間的接口,即CAN收發(fā)器,以增強對總線的差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接收能力。為進一步增強抗干擾能力,往往在CAN 控制器與收發(fā)器之間設置光電隔離電路。典型的CAN總線接口電路原理如圖1所示。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/186995.htm圖1 典型的CAN總線接口電路原理圖
1 接口電路設計中的關鍵問題
1.1 光電隔離電路
光電隔離電路雖然能增強系統的抗干擾能力,但也會增加CAN總線有效回路信號的傳輸延遲時間,導致通信速率或距離減少。82C250等型號的CAN收發(fā)器本身具備瞬間抗干擾、降低射頻干擾(RFI)以及實現熱防護的能力,其具有的電流限制電路還提供了對總線的進一步保護功能。因此,如果現場傳輸距離近、電磁干擾小,可以不采用光電隔離,以使系統達到最大的通信速率或距離,并且可以簡化接口電路。如果現場環(huán)境需要光電隔離,應選用高速光電隔離器件,以減少CAN總線有效回路信號的傳輸延遲時間,如高速光電耦合器6N137,傳輸延遲時間短,典型值僅為48 ns,已接近TTL電路傳輸延遲時間的水平。
1.2 電源隔離
光電隔離器件兩側所用電源Vdd與Vcc必須完全隔離,否則,光電隔離將失去應有的作用。電源的隔離可通過小功率DC/DC電源隔離模塊實現,如外形尺寸為DIP-14標準腳位的5 V 雙路隔離輸出的小功率DC/DC模塊。
1.3 上拉電阻
圖1中的CAN收發(fā)器82C250的發(fā)送數據輸入端TXD與光電耦合器6N137的輸出端 OUT相連,注意TXD必須同時接上拉電阻R3。一方面,R3保證6N137中的光敏三極管導通時輸出低電平,截止時輸出高電平;另一方面,這也是CAN 總線的要求。具體而言,82C250的TXD端的狀態(tài)決定著高、低電平CAN 電壓輸入/輸出端CANH、CANL的狀態(tài)(見表1)。CAN總線規(guī)定,總線在空閑期間應呈隱性,即CAN 網絡中節(jié)點的缺省狀態(tài)是隱性,這要求82C25O的TXD端的缺省狀態(tài)為邏輯1(高電平)。為此,必須通過R3確保在不發(fā)送數據或出現異常情況時,TXD 端的狀態(tài)為邏輯1(高電平)。
表1 TXD與CANH、CANL的關系表
1.4 總線阻抗匹配
CAN總線的末端必須連接2個120Ω的電阻,它們對總線阻抗匹配有著重要的作用,不可省略。否則,將大大降低總線數據通信時的可靠性和抗干擾性,甚至有可能導致無法通信。
1.5 其它抗干擾措施
為提高接口電路的抗干擾能力,還可考慮以下措施:
(1)在82C25O的CANH、CANL端與地之間并聯2個30 pF的小電容,以濾除總線上的高頻干擾,防止電磁輻射。
(2)在82C250的CANH、CANL端與CAN總線之間各串聯1個5Ω的電阻,以限制電流,保護82C250免受過流沖擊。
(3)在82C25O、6N137等集成電路的電源端與地之間加入1個100 nF的去耦合電容,以降低干擾。
2 結語
接口電路是CAN 總線網絡中的重要環(huán)節(jié),其可靠性與安全性直接影響整個通信網絡的運行。本文總結了CAN接口電路設計中應注意的幾個關鍵問題。只有抓住設計中的關鍵,才能提高多接口電路的質量與性能,確保CAN總線網絡安全、可靠地運行。
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