CAN總線接口電路設(shè)計中的問題

CAN 總線是一種有效支持分布式控制和實(shí)時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，以其高性能和高可靠性在自動控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為提高系統(tǒng)的驅(qū)動能力，增大通信距離，實(shí)際應(yīng)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(qiáng)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(jìn)一步增強(qiáng)抗干擾能力，往往在CAN 控制器與收發(fā)器之間設(shè)置光電隔離電路。典型的CAN總線接口電路原理如圖1所示。

1 接口電路設(shè)計中的關(guān)鍵問題

1.1 光電隔離電路

光電隔離電路雖然能增強(qiáng)系統(tǒng)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(dǎo)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(shí)現(xiàn)熱防護(hù)的能力，其具有的電流限制電路還提供了對總線的進(jìn)一步保護(hù)功能。因此，如果現(xiàn)場傳輸距離近、電磁干擾小，可以不采用光電隔離，以使系統(tǒng)達(dá)到最大的通信速率或距離，并且可以簡化接口電路。如果現(xiàn)場環(huán)境需要光電隔離，應(yīng)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(cè)所用電源Vdd與Vcc必須完全隔離，否則，光電隔離將失去應(yīng)有的作用。電源的隔離可通過小功率DC/DC電源隔離模塊實(shí)現(xiàn)，如外形尺寸為DIP-14標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)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(dǎo)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(yīng)呈隱性，即CAN 網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)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(shù)據(jù)或出現(xiàn)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(guān)系表

TXD狀態(tài) CANH電平(V)CANL電平(V)CAN總線狀態(tài)

1 2.5 2.5隱性(邏輯1)

0 3.51.5 顯性(邏輯0)

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(shù)據(jù)通信時的可靠性和抗干擾性，甚至有可能導(dǎo)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(lián)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(lián)1個5Ω的電阻，以限制電流，保護(hù)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(jié)語

接口電路是CAN 總線網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。本文總結(jié)了CAN接口電路設(shè)計中應(yīng)注意的幾個關(guān)鍵問題。只有抓住設(shè)計中的關(guān)鍵，才能提高多接口電路的質(zhì)量與性能，確保CAN總線網(wǎng)絡(luò)安全、可靠地運(yùn)行。

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