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ZLG致远电子 2018-10-10 09:30 次阅读

本文导读

CAN与485都是工业通信中常用的现场总线,做好通信总线的隔离防护是产品可靠、稳定的重要前提。如何做好通信总线的隔离防护呢?本文与读者浅谈总线隔离那点事。

为什么要隔离

目前大多数产品对外通讯部分可总结为:MCU+收发器+外部总线,其中大多数常用的MCU都集成有CAN或UART链路层控制器。从MCU发出的电平信号一般为5V或3.3V,为达到与总线连接和远传的目的,往往需要在MCU与总线间加收发器,它起到电平转换的作用。

图1 常规通信

采用总线通信方式必然涉及到外部通信走线,CAN和458总线往往需要做数百米的布线。总线越长、经过的环境越复杂越容易出现通信问题。外部环境中复杂多变的电磁场会间接抬高总线的电势,静电、浪涌、短路等会直接作用到通信线上。

以上情况的出现,轻则导致收发器损坏,重则造成主板故障。因此,与总线连接前加入隔离是十分必要的。

如何隔离

隔离的方法及原理与I/O隔离相似,不同的是通信隔离需要考虑到隔离器件对通信信号的影响,不当的隔离往往导致通信中断或通信不畅。对收发器来说,隔离可以从两方面入手,通信隔离和供电隔离。

目前主流的通信隔离方案为光耦、容耦及礠耦,隔离特点上光耦采用光的形式进行信号传递,容耦通过电场的形式进行传输,磁偶采用磁场形式进行传输。供电隔离采用微功率DC-DC隔离电源,使输入与输出之间没有电气连接,避免供电端对收发器的影响。

图2 电源与通信双隔离

具体来讲,隔离可以从两个渠道实现:采用分立元器件搭建或采用集成模块。采用分立模块搭建往往涉及到很多器件的选型及采购,实现起来较为麻烦且难保证该部分在产品上的一致性。基于此,集供电隔离、通信隔离一体的隔离收发器模块应运而生,紧凑的体积使他在应用便捷的同时占用更少的PCB面积。

图3 高度集成的隔离收发器

增加防护等级

隔离收发器能为后级主板提供绝对的隔离防护,但同时自身也需要防护,因为隔离收发器被损坏通讯也将中断。以CTM8251K(A)T为例,它的浪涌等级可以达到IEC/EN 61000-4-5 共模/差模±2kV,足以应对绝大部分工业场合。从可靠性上考虑,即使在恶劣环境中选用隔离收发器,我们仍建议您在外围添加保护电路

其中GDT置于最前端,提供一级防护,当雷击、浪涌产生时,GDT瞬间达到低阻状态,为瞬时大电流提供泄放通道,将CAN_H、CAN_L间电压钳制在二十几伏范围内。实际取值可根据防护等级及器件成本综合考虑进行调整,R3 与 R4 建议选用 PTC,D1~D6 建议选用快恢复二极管。 

图4 增加防护等级

图5 选用器件参数(仅供参考)

上图所示的接口电路虽然能够提供有效的防护,但是需要引入较多的电子器件,这也就意味着接口电路将占用更多的PCB空间,若器件参数选择不合适易造成EMC问题。有没有更好的办法呢?ZLG致远电子已经为小伙伴们设计了专业的信号浪涌抑制器SP00S12,该模块直接将总线浪涌等级提高到IEC61000-4-5±4KV。

图6 浪涌抑制实测

SP00S12可用于各种信号传输系统,抑制雷击、浪涌、过压等有害信号,对设备信号端口进行保护,尤为适合 CAN、RS-485 等通信领域的浪涌防护。SP00S12损耗小、反应快,通流容量:≤ 500A(8/20μS 模拟雷电波形),满足 IEC/EN61000-4-5 ±4KV 浪涌等级要求。

图7 SP00S12应用

ZLG致远电子隔离模块

ZLG致远电子推出的模块有隔离电源模块、隔离收发器模块、信号调理模块及协议转换模块。其中电源模块为微功率隔离/非隔离DC-DC模块;隔离收发器模块包括CAN、465、232模块,CAN与485更是全新上线表贴式小体积型号;总线保护器就是上文提到的SP00S12。多协议模块是专为MCU外设资源不足时提供的,包括UART/SPI转CAN、SPI转485等等。

图8 协议转换模块

ZLG致远电子隔离模块目前已通过国际权威认证,包括美国UL认证、欧盟CE认证以及CB认证。测试项目主要分为两部分,EMC及安规测试。EMC测试主要包括辐射(EMI)与抗扰(EMS),辐射测试项目具体如下所示:

多媒体设备的电磁兼容性发射要求(EN 55032-2015);

电磁兼容性(EMC).第3部分:极限值.第2节:谐波电流辐射的极限值(EN 61000-3-2:2014);

电磁兼容性(EMC).第3-3部分:限值.每相额定电流小于等于16 A、不受条件限制的连接设备用公共低压供电系统电压变化、电压波动和闪烁的限制(IEC 61000-3-3-2013)。

ZLG致远电子隔离模块目前已通过国际权威认证,包括美国UL认证、欧盟CE认证以及CB认证。测试项目主要分为两部分,EMC及安规测试。EMC测试主要包括辐射(EMI)与抗扰(EMS),辐射测试项目具体如下所示:  	多媒体设备的电磁兼容性发射要求(EN 55032-2015);  	电磁兼容性(EMC).第3部分:极限值.第2节:谐波电流辐射的极限值(EN 61000-3-2:2014);  	电磁兼容性(EMC).第3-3部分:限值.每相额定电流小于等于16 A、不受条件限制的连接设备用公共低压供电系统电压变化、电压波动和闪烁的限制(IEC 61000-3-3-2013)。

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原文标题:如何进行通信总线的隔离?

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TLIN2024-Q1 四路 LIN 收发器

TLIN2024-Q1器件是一款四路局域互连网络(LIN)物理层收发器,集成了唤醒和保护特性,符合LIN 2.0 ,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN 2.2A和ISO /DIS 17987-4.2标准.LIN是一根单线制双向总线,通常用于低速车载网络,数据传输速率高达20kbps.LIN接收器支持数据传输速率高达100kbps的内联编程应用.TLIN2024-Q1具有两个独立的双路LIN收发器模块.V SUP1 /2 可控制独立的双路收发器模块.TLIN2024-Q1使用一个可降低电磁辐射(EME)的限流波形整形驱动器将TXD输入上的LIN协议数据流转化为LIN总线信号。接收器将数据流转化为逻辑电平信号,此信号通过开漏RXD引脚发送到微处理器。休眠模式可实现超低电流消耗,该模式允许通过LIN总线或EN引脚实现唤醒。集成电阻器,静电放电(ESD)保护和故障保护功能有助于设计人员节约应用的布板空间 特性 符合汽车类标准 具有符合AEC Q100标准的下列结果: 器件环境温度:-40°C至125°C 器件HBM ESD分类等级:±6kV 器件CDM ESD分类等级:±1.5kV 符合LIN 2.0,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN 2.2A和ISO /DIS 17987-4.2标...

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TLIN2024-Q1 四路 LIN 收发器

SN75LBC031 收发器

SN75LBC031是一个CAN收发器,用作CAN控制器和物理总线之间的接口,用于高达500 kBaud的高速应用。该器件为差分总线提供传输能力,并为控制器提供差分接收功能。发送器输出(CANH和CANL)具有内部转换调节功能,可提供受控对称性,从而实现低EMI辐射。两个变送器输出都可以完全防止电池短路和总线上可能发生的瞬态电压。在器件功耗过大的情况下,热关断电路会在大约160°C的结温下禁用输出驱动器。在发送器输入端包含内部上拉电阻可确保在上电和协议控制器复位期间定义输出。对于500 kBaud的正常操作,ASC端子打开或连接到GND。对于125 kBaud的低速运行,可以通过将ASC端子连接到V CC 来增加总线输出转换时间以降低EMI。接收器包括一个集成滤波器,可将信号抑制成小于30 ns的脉冲。 SN75LBC031的工作温度范围为-40°C至85°C。 SN65LBC031的工作温度范围为-40°C至125°C。 SN65LBC031Q的特点是可在-40°C至125°C的汽车温度范围内工作。 特性 SN75LBC031符合标准ISO /DIS 11898(最高500 k波特) 50 mA时的驱动器输出能力 宽输入/输出总输入/输出总线电压范围 总线输出短路保...

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SN75LBC031 收发器

SN65LBC031Q 高速控制器局域网 (CAN) 收发器

SN75LBC031是一个CAN收发器,用作CAN控制器和物理总线之间的接口,用于高达500 kBaud的高速应用。该器件为差分总线提供传输能力,并为控制器提供差分接收功能。发送器输出(CANH和CANL)具有内部转换调节功能,可提供受控对称性,从而实现低EMI辐射。两个变送器输出都可以完全防止电池短路和总线上可能发生的瞬态电压。在器件功耗过大的情况下,热关断电路会在大约160°C的结温下禁用输出驱动器。在发送器输入端包含内部上拉电阻可确保在上电和协议控制器复位期间定义输出。对于500 kBaud的正常操作,ASC端子打开或连接到GND。对于125 kBaud的低速运行,可以通过将ASC端子连接到V CC 来增加总线输出转换时间以降低EMI。接收器包括一个集成滤波器,可将信号抑制成小于30 ns的脉冲。 SN75LBC031的工作温度范围为-40°C至85°C。 SN65LBC031的工作温度范围为-40°C至125°C。 SN65LBC031Q的特点是可在-40°C至125°C的汽车温度范围内工作。 特性 SN75LBC031符合标准ISO /DIS 11898(最高500 k波特) 50 mA时的驱动器输出能力 宽输入/输出总输入/输出总线电压范围 总线输出短路保...

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SN65LBC031Q 高速控制器局域网 (CAN) 收发器