使用3.3V CAN收發(fā)器在工業(yè)系統(tǒng)中實現(xiàn)可靠的數據傳輸
工業(yè)市場正在迅速發(fā)展,新興技術正在滿足不斷增長的創(chuàng)新和效率需求。工業(yè)應用使用多種不同的接口(包括以太網、RS-485 和控制器局域網(CAN))在不同的設備之間傳輸時間敏感型數據。在選擇要使用的接口時,設計人員必須考慮許多不同的目標,進行權衡。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202411/464852.htmCAN是最早可在惡劣和嘈雜的工業(yè)環(huán)境中提供可靠數據通信的協(xié)議之一,至今仍然廣受歡迎。CAN 收發(fā)器可提供 CAN 協(xié)議的物理層,具有高功效、高數據速率和小物理尺寸特性,同時保持穩(wěn)健可靠,是許多工業(yè)應用的理想選擇。在本文中,我們將介紹 CAN 收發(fā)器的優(yōu)勢,并討論它們在更大限度地提高工業(yè)應用效率方面的作用。
圖1展示了通常使用CAN收發(fā)器來傳輸數據的各種工業(yè)應用。
圖1 光伏逆變器、不間斷電源 (UPS)、HVAC 系統(tǒng)、可編程邏輯控制器和儲能系統(tǒng)都依賴CAN
保障工業(yè)環(huán)境中的通信:CAN收發(fā)器的作用
CAN 收發(fā)器在工業(yè)自動化系統(tǒng)中至關重要,因為它們使傳感器、控制器和執(zhí)行器等器件能通過將數字信號轉換為可在總線上長距離發(fā)送的模擬差分信號進行通信。收發(fā)器可確保數據可靠傳輸,并能保護網絡,以免遭受電氣損壞。這使得數據交換更高效,通信更準確。因此,在工業(yè)應用中選擇新款 CAN 收發(fā)器時,可靠性、小尺寸以及低功耗至關重要。
我們來討論一下穩(wěn)健性在工業(yè)環(huán)境中的重要性。電壓尖峰、瞬變和靜電放電 (ESD) 等電氣危害是工業(yè)環(huán)境中的常見干擾源。裝配線、機器人和自動化系統(tǒng)等易受 ESD 影響的區(qū)域或產品中的器件需要在其 CAN 收發(fā)器中配備 ESD 保護,以確保網絡安全。將 ESD 保護集成到 CAN 收發(fā)器中有助于確保它能夠承受高壓放電而不發(fā)生故障。此外,工業(yè)應用通常使用較長的 CAN 總線電纜,但是,這會增加發(fā)生總線故障的風險,例如短路和過壓情況。連接到此類擴展網絡的設備需要具有高總線故障保護功能的收發(fā)器。如果沒有這種保護,這些故障可能會損壞收發(fā)器,并可能通過整個網絡傳播,從而導致通信中斷和系統(tǒng)停機。
目前,各種產品都使用 CAN 接口,例如工業(yè)可編程邏輯控制器 (PLC)、電機驅動器、遠程傳感器和執(zhí)行器。工業(yè) PLC 控制多個工業(yè)過程,通常連接到廣泛的傳感器網絡,導致總線電纜長度較長。電機驅動器可控制大功率電機,這可能會導致 CAN 總線上出現(xiàn)電壓尖峰和瞬變。在這兩種情況下,為 CAN 收發(fā)器提供可靠的總線故障保護至關重要。遠程傳感器和執(zhí)行器通常位于網絡的外圍,因此可能暴露于環(huán)境中的靜電,需要強大的 ESD 保護。
在可以覆蓋長距離的工業(yè)環(huán)境中,接地電勢差和共模噪聲累積可能導致信號衰減。CAN 收發(fā)器具有更寬的共模范圍,有助于確保在整個網絡中進行可靠的信號傳輸。例如,通常會產生接地環(huán)路電流和共模噪聲的電機驅動需要具有更寬共模范圍的收發(fā)器,以更大限度地減少通信誤差,從而增強電機控制和反饋信號的數據完整性。
5V CAN 和 3.3V CAN 收發(fā)器均廣泛用于工業(yè)應用。但是,3.3V CAN 收發(fā)器可提供其他優(yōu)勢,例如無需使用低壓降穩(wěn)壓器 (LDO) 以及 3.3V 微控制器與 5V CAN 收發(fā)器之間的電平轉換電路。此 3.3V CAN 收發(fā)器可簡化系統(tǒng)設計,減少組件數量,并使最終產品更加緊湊。此外,移除 LDO 可降低總體系統(tǒng)成本。圖 2 展示了 3.3V 微控制器和 3.3V CAN 收發(fā)器運行的典型配置。
圖2 3.3V CAN收發(fā)器應用原理圖
在功耗方面,3.3V CAN 收發(fā)器的效率高于傳統(tǒng)的 5V CAN 收發(fā)器。此外,TCAN3414 等 3.3V CAN 收發(fā)器的關斷功能可以進一步降低電流,從而延長電池供電應用或具有嚴格功率限制的器件的電池壽命。
圖 3 展示了在一個網絡中無縫運行的 3.3V 和 5V CAN 收發(fā)器。采用 3.3V 電源供電的 CAN 收發(fā)器,例如 TI 的TCAN3413 和TCAN3414,完全可以與 5V CAN 收發(fā)器進行互操作。有關更多詳細信息,請參閱白皮書通過汽車EMC認證的 3.3V CAN 收發(fā)器。
圖3 包含3.3V和5V CAN收發(fā)器的典型CAN網絡
結語
TCAN3413和TCAN3414等 3.3V CAN 收發(fā)器可幫助設計人員實現(xiàn)在工業(yè)環(huán)境中高效運行的可靠接口。此類收發(fā)器提供了多種功能,可以防止工業(yè)環(huán)境中的各種問題。這些器件在總線上提供符合國際電工委員會 IEC-61000-4-2 標準的高達 ±10kV 的 ESD 保護、±58V 的高總線故障保護以及 ±30V 的寬接收器共模輸入電壓范圍。這些特性有助于您優(yōu)化設計,增強可靠的通信功能,同時節(jié)省布板空間和系統(tǒng)成本。
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