Princíp obvodu rozhrania zbernice CANopen a úvahy o návrhu
Zbernica CAN je sériová komunikačná sieť, ktorá efektívne podporuje distribuovanú kontrolu a riadenie v reálnom čase. V oblasti automatického ovládania sa vďaka vysokému výkonu a vysokej spoľahlivosti široko používa. S cieľom zlepšiť schopnosť systému riadiť a zvýšiť komunikačnú vzdialenosť je Philips 82C250 používaný v praktických aplikáciách ako rozhranie medzi riadiacou jednotkou CAN a fyzickou zbernicou, to znamená vysielač s prijímačom CAN na zvýšenie diferenciálnej prenosovej schopnosti zbernice a CAN ovládanie. Funkcia rozdielového príjmu zariadenia. Aby sa ešte viac zlepšila schopnosť proti rušeniu, medzi riadiacou jednotkou CAN a transceiverom sa často nastavuje optoizolačný obvod. Typický princíp obvodu rozhrania CAN-Bus je znázornený na obrázku 1.
Obr.1 Typická schéma zapojenia rozhrania CAN zbernice
1 Kľúčové problémy v návrhu obvodu rozhrania
1.1 Obvod optickej izolácie
Hoci optoizolovaný obvod môže zvýšiť schopnosť systému zabrániť rušeniu, taktiež zvýši čas oneskorenia prenosu signálu efektívnej slučky zbernice CAN, čo povedie k zníženiu komunikačnej rýchlosti alebo vzdialenosti. Modely 82C250 a iné modely vysielačov CAN sú schopné okamžite odolávať, znížiť rádiové frekvenčné interferencie (RFI) a tepelnú ochranu. Obmedzovacie prúdové obvody tiež poskytujú ďalšiu ochranu zbernice. Preto ak je vzdialenosť prenosu poľa krátka a elektromagnetické rušenie je malé, optická izolácia nemusí byť prijatá tak, aby systém mohol dosiahnuť maximálnu komunikačnú rýchlosť alebo vzdialenosť a obvod rozhrania môže byť zjednodušený. Ak polia prostredia vyžadujú optoizoláciu, mali by sa používať vysokorýchlostné optoizolátory, aby sa skrátila doba oneskorenia šírenia efektívneho slučkového signálu zbernice CAN. Napríklad vysokorýchlostný optočlen 6N137 má krátke oneskorenie šírenia 48 ns, ktoré sa nachádza blízko obvodu TTL. Úroveň oneskorenia.
1.2 Izolácia napájacieho zdroja
Napájacie zdroje Vdd a Vcc použité na oboch stranách optoelektronického izolačného zariadenia musia byť úplne izolované. Inak optoelektronická izolácia stratí svoju správnu funkciu. Izolácia napájacieho zdroja môže byť dosiahnutá modulom napájania s nízkym napätím DC / DC napájania, ako napríklad 5 V dvojitý izolovaný nízkonapäťový DC / DC modul so štandardným pinom DIP-14.
1.3 Odberný odpor
Konektor TXD vstupného dátového prenosu CAN-vysielača 82C250 na obr. 1 je pripojený na výstupnú svorku OUT fotočlánku 6N137. Upozorňujeme, že TXD musí byť súčasne pripojený k odpájaciemu odporu R3. Na jednej strane R3 zabezpečuje, aby fototranzistor v 6N137 bol pri zapnutí nízky, a keď je vypnutý, výstup je vysoký. Na druhej strane je to tiež požiadavka zbernice CAN. Konkrétne stav svorky TXD 82C250 určuje stav vysokého a nízkeho napájacieho / výstupného napájacieho terminálu CANH, CANL (pozri tabuľku 1). Špecifikácia zbernice CAN udáva, že zbernica by mala byť recesívna počas prestojov. To znamená, že predvolený stav uzlov v sieti CAN je recesívny. To si vyžaduje, aby štandardný stav strany TXD 82C25O bol logický 1 (vysoká úroveň). Z tohto dôvodu musí byť zabezpečené cez R3, že stav terminálu TXD je logická 1 (vysoká úroveň), keď nie sú prenášané žiadne dáta alebo sa vyskytne abnormálny stav.
| Stav TXD | Úroveň CANH (V) | Úroveň CANL (V) | Stav zbernice CAN |
| 1 | 2.5 | 2.5 | Recesívne (logika 1) |
| 0 | 3.5 | 1.5 | Dominant (logika 0) |
1.4 Zhoda impedancie zbernice
Na koniec zbernice CAN musia byť pripojené dva 120Ω odpory. Hrajú dôležitú úlohu pri prispôsobovaní zbernice impedanciou a nemožno ich vynechať. V opačnom prípade dôjde k výraznému zníženiu spoľahlivosti a ochrany proti rušeniu dátovej komunikácie zbernice a dokonca ani komunikácia nebude možná.
1.5 Iné opatrenia proti rušeniu
Aby ste zlepšili odolnosť rozhrania rozhrania proti rušeniu, zvážte nasledujúce opatrenia:
(1) Pripojte dva kondenzátory 30 pF paralelne medzi CANH a CANL svorkami 82C25O a zemou, aby ste odfiltrovali vysokofrekvenčné rušenie na zbernici a zabránili elektromagnetickému žiareniu.
(2) Sériovo zapojte rezistor 5 Ω medzi CANH a CANL svorky 82C250 a CAN zbernicou, aby ste obmedzili prúd a chránili 82C250 pred nadprúdom.
(3) Pripojte oddeľovací kondenzátor 100 nF medzi napájací terminál 82C25O, 6N137 a ostatné integrované obvody a uzemňovač, aby ste znížili rušenie.
2. Záver
Obvod rozhrania je dôležitou súčasťou siete zbernice CAN. Jeho spoľahlivosť a bezpečnosť priamo ovplyvňujú prevádzku celej komunikačnej siete. Tento článok sumarizuje niekoľko kľúčových otázok, ktoré je potrebné spomenúť pri navrhovaní obvodov rozhrania CAN. Iba pomocou kľúča v dizajne môžeme zlepšiť kvalitu a výkon viacerých obvodov rozhrania a zabezpečiť, aby sieť zbernice CAN fungovala bezpečne a spoľahlivo.