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          雙通道數(shù)字式隔離器ADUM1201在CAN總線(xiàn)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

          作者: 時(shí)間:2014-01-17 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          引 言

          CAN(Controller Area Network)總線(xiàn)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的范疇,它是德國(guó)Bosch公司在20世紀(jì)80年代初為解決現(xiàn)代汽車(chē)中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。自Bosch公司推出至今,以其系統(tǒng)的實(shí)用性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性而倍受青睞,并獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。是目前唯一有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn),可實(shí)現(xiàn)全分布式多機(jī)系統(tǒng),采用非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù),可滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求,通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(傳輸率為5kb/s),通訊速率最高可達(dá)l Mb/s(傳輸距離為40m);節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個(gè),傳輸介質(zhì)為雙絞線(xiàn)或光纖,報(bào)文采用短幀結(jié)構(gòu),帶有CRC校驗(yàn)以及其他檢錯(cuò)措施,使得數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低, 可靠性極高。CAN總線(xiàn)以其卓越的特性,低廉的價(jià)格,極高的可靠性和靈活的結(jié)構(gòu),已被公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一。

          正由于CAN總線(xiàn)具有諸多其他總線(xiàn)無(wú)法比擬的特性,所以CAN在許多場(chǎng)合應(yīng)用廣泛。尤其是在一些強(qiáng)干擾的惡劣環(huán)境下,比如工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),更是有著重要的應(yīng)用。因此在某些應(yīng)用領(lǐng)域,由于現(xiàn)場(chǎng)情況十分復(fù)雜,各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在很高的共模電壓。雖然CAN接口采用的是差分傳輸方式,具有一定的抗共模干擾的能力,但當(dāng)共模電壓超過(guò)CAN驅(qū)動(dòng)器的極限接收電壓時(shí),CAN驅(qū)動(dòng)器就無(wú)法正常工作了,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤酒蛢x器設(shè)備。因此,在強(qiáng)干擾環(huán)境中,或是高的性能要求下,就必須對(duì)CAN總線(xiàn)各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)實(shí)行電氣隔離。


          傳統(tǒng)的CAN總線(xiàn)隔離方法是光耦合器技術(shù),使用光束來(lái)隔離和保護(hù)檢測(cè)電路以及在高壓和低壓電氣環(huán)境之間提供一個(gè)安全接口。目前一般使用6N137光電隔離器件,以Toshiba公司的6N137為例,該器件工作電壓為5V,最高速率10Mbps,工作溫度一般為0℃到70℃,隔離電壓2500Vrms,并且以DIP8型封裝,每個(gè)芯片僅提供一個(gè)隔離通道。這些性能已經(jīng)限制了6N137在更高要求的環(huán)境中應(yīng)用。因此,ADI公司推出的新型雙通道數(shù)字隔離器以其諸多優(yōu)于光電隔離器件的性能優(yōu)點(diǎn),在CAN總線(xiàn)以及其他高要求情況下有著廣泛的應(yīng)用前景。



          基于ADI獲獎(jiǎng)的iCoupler數(shù)字隔離器采用平面磁場(chǎng)專(zhuān)利隔離技術(shù)。iCoupler技術(shù)是一項(xiàng)專(zhuān)利隔離技術(shù),它是基于芯片尺寸的變壓器,而不是基于光電耦合器所采用的LED與光電二極管的組合。iCoupler技術(shù)由于取消了光電耦合器中的光電轉(zhuǎn)換過(guò)程,并且采用了iCoupler變壓器專(zhuān)利技術(shù)集成變壓器驅(qū)動(dòng)和接收電路,從而實(shí)現(xiàn)了光電隔離器無(wú)法比擬的性能優(yōu)勢(shì)。由于使用晶片級(jí)制造工藝直接在芯片上制造iCouple變壓器,所以iCoupler通道比光電耦合器有效地實(shí)現(xiàn)通道之間的集成以及比較容易地實(shí)現(xiàn)其它半導(dǎo)體功能。

          由于沒(méi)有光電耦合器中影響效率的光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),所以iCoupler數(shù)字隔離器不需要驅(qū)動(dòng)LED的外部電路,其功耗僅為光電耦合器的1/10到1/50。這種新的基于電磁的隔離方法,在抗高溫影響方面遠(yuǎn)優(yōu)于光耦合器,iCoupler數(shù)字隔離器在125℃高溫環(huán)境下性能和可靠性并不下降,因此可以采用低成本,小體積的SOIC封裝,這樣不但降低了成本還減小了芯片的體積。另外,iCoupler數(shù)字隔離器的隔離通道具有比光電耦合器更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、時(shí)序精度和瞬態(tài)共模抑制能力。其額定隔離電壓是高隔離度光電耦合器的2倍,并且數(shù)據(jù)傳輸速率和時(shí)序精度是其10倍。此外,與光電耦合器不同的是,多通道iCoupler數(shù)字隔離器能在同一芯片內(nèi)提供正向和反向通信通道,這樣就可以使得信號(hào)的傳輸方向更加靈活,簡(jiǎn)化了芯片間的硬件連接線(xiàn)路。

          由于基于iCoupler技術(shù),所以ADUM1201具有諸多優(yōu)于光電隔離器的優(yōu)點(diǎn):

          ●速度更高 最高速率可以達(dá)到25Mbps。

          ●功耗更低 功耗低于同數(shù)據(jù)傳輸率時(shí)傳統(tǒng)光電隔離器的1/10,最小工作電流0.8mA。

          ●性能更高 時(shí)序精度,瞬態(tài)共模抑制力,通道間匹配程度均優(yōu)于傳統(tǒng)光電隔離器。

          ●體積更小 集成度更高,印制電路板(PCB)面積為傳統(tǒng)光電隔離器的40%。

          ●價(jià)格更便宜 每通道成本為傳統(tǒng)光電隔離器的40%。

          ●應(yīng)用更靈活 與傳統(tǒng)光電耦合器不同的是,多通道iCoupler數(shù)字隔離器能在同一芯片內(nèi)提供正向和反向信通通道。

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