CAN/RS-485總線為什么要隔離?

您在使用CAN或RS-485總線進(jìn)行調(diào)試時(shí)，是否遇到過偶爾通信出錯(cuò)?或者接收不到數(shù)據(jù)?一直正常使用的總線，突然出現(xiàn)大范圍的錯(cuò)誤，或者節(jié)點(diǎn)損壞?您還在為這些問題不知所措，摸不著頭腦嗎?使用總線隔離，或許能輕易幫您解決問題。

實(shí)際總線應(yīng)用中，您是否遇到過以下問題：

1. 設(shè)備及人身安全——潛在的高壓危險(xiǎn)

CAN、RS-485總線的使用環(huán)境非常復(fù)雜，一些惡劣的使用場(chǎng)合會(huì)存在高壓。極容易產(chǎn)生觸電危險(xiǎn)，危及人身或設(shè)備安全。

2. 遠(yuǎn)端無法接收到數(shù)據(jù)——地電勢(shì)差存在

許多實(shí)際應(yīng)用中，通信距離可達(dá)幾千米，節(jié)點(diǎn)之間的距離很遠(yuǎn)。設(shè)計(jì)者常常直接將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的參考地接于本地的大地，作為信號(hào)的返回地，看似正常可靠的做法，卻存在極大的隱患!即使調(diào)試正常的系統(tǒng)，也可能在使用一段時(shí)間后出現(xiàn)各種問題。

常常被忽略的問題是：兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間大地也可能存在很大的電勢(shì)差!!!實(shí)際的大地并不是理想的“0”電位，大地也是導(dǎo)體，也存在阻抗。當(dāng)大的電流流過大地時(shí)，流過電流的大地兩端也會(huì)存在電勢(shì)差。如圖1所示。

圖1

若直接將相距很遠(yuǎn)的通信節(jié)點(diǎn)分別連接至各自的本地大地，地電勢(shì)差會(huì)以共模電壓的形式疊加在總線發(fā)送器的輸出端，疊加之后的信號(hào)可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過接收器所能承受的共模輸入電壓范圍，從而無法正常接收信號(hào)，嚴(yán)重還會(huì)損壞收發(fā)器。普通的CAN、RS-485收發(fā)器的共模輸入范圍較小，如SN65HVD251、SP3085兩款收發(fā)器僅支持-7~+12V共模輸入范圍，大地流過各種大型設(shè)備注入的大電流，由此引起的地電勢(shì)差可高達(dá)幾伏、幾十伏甚至上百伏，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出收發(fā)器所能承受的電壓范圍。

3. 毫無征兆的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，或器件損壞——地環(huán)路影響

既然節(jié)點(diǎn)之間的大地存在電勢(shì)差，那直接用一根線將兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的地再連起來不就可以了?大錯(cuò)特錯(cuò)!這樣做只能使情況更加嚴(yán)重，這根長長的導(dǎo)線會(huì)與大地形成一個(gè)極大的地環(huán)路!

相信大家在學(xué)生時(shí)代就知道，一個(gè)閉合線圈在變化的磁場(chǎng)里面就會(huì)產(chǎn)生電流。50Hz的交流電力線、大型電機(jī)等，都是交流磁場(chǎng)的來源，若總線靠近或經(jīng)過這些地方，地環(huán)路就會(huì)產(chǎn)生電流高達(dá)數(shù)安培甚至上百安培。電流流過地環(huán)路產(chǎn)生的共模電壓就會(huì)影響總線的正常通信。

除了穩(wěn)定的磁場(chǎng)來源，一些電力線的浪涌、雷擊、高頻噪聲等瞬態(tài)干擾都有可能被這個(gè)巨型的“環(huán)形天線”拾取，并造成通信異常。

圖2

遇到這些問題該怎么辦呢?

將您正在使用的CAN、RS-485收發(fā)器換成隔離CAN、RS-485收發(fā)器吧!

隔離收發(fā)器可將總線和控制電路進(jìn)行電氣隔離，將高壓阻擋在控制系統(tǒng)之外，可以有效地保證操作人員的人身及系統(tǒng)安全。不僅如此，隔離可以抑制由接地電勢(shì)差、接地環(huán)路引起的各種共模干擾，保證總線在嚴(yán)重干擾和其它系統(tǒng)級(jí)噪聲存在的情況下不間斷、無差錯(cuò)運(yùn)行。如圖3所示，使用隔離收發(fā)器后，可以有效防止形成地環(huán)路，總線參考地可跟隨共模電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，共模電壓全部由隔離帶承受，共模電壓對(duì)總線信號(hào)變得不再可見，從而保證總線穩(wěn)定可靠地通信。

圖3