CAN總線節點防護如何設計

工程師在工業通訊現場最擔心遇到什么？沒錯，就是通信干擾導致CAN總線的通訊異常。下面總結CAN隔離模塊在使用中需要注意的細節，幫助大家搭建更可靠的CAN總線網絡。

東西/原料

CTM1051KT隔離CAN模塊
SP00S12浪涌防護模塊
ZDS4054示波器

前級電源庇護電路設計

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模塊的初級接口是面臨節制旌旗燈號部門，供電電源凡是與CAN節制器或MCU連結一致，這種環境下電源端口建議增添10μF濾波電容。有些應用是模塊的電源和總線一路傳輸過來，好比20個節點中每個節點的電源和CAN旌旗燈號線一路布線，節點共用一個電源，或模塊沒有零丁的穩壓供電電源，這種環境必需為模塊電源增添TVS庇護及濾波電容，而且確保電源與旌旗燈號共地，如下圖1所示。
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后端接地電路設計

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一般在短距離，干擾小的場所，可將CAN收發器的CANG懸空處置。但在現實現場應用中CAN總線組網絕大大都采用屏障雙絞線，此時需要對屏障層接地。若接地節點為金屬機殼，且該節點的初級系統已經接地，這種環境下CAN端口的屏障層應該經由過程一個1000pF電容接地，電容耐壓值大于模塊隔離耐壓。電路示意如圖2所示。
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EMC庇護電路設計

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模塊CAN接口面臨總線，需要更高的浪涌及靜電防護品級。CTM系列模塊CAN接口裸機可承受±4kV靜電及共模±2kV浪涌。若需要更高的品級可以增添浪涌防護電路。常用的有以下兩種庇護電路，圖3、圖4中的TVS管等效結電容約為500~1000pF。還有一種更為簡潔的防護電路，利用浪涌防護模塊SP00S12模塊，具體如圖5所示。
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圖3為橋式電路，特點是等效節點電容小，測量各線之間電容小于20pF，該電路合用于CAN總線節點數較多，通信速度較高的場所。
圖4所示的通俗電路等效節點電容則更大，測量各線之間電容為800pF擺布，該電路合用于低速通信場所。
圖5所示的SP00S12防護電路，電路設計簡潔，節點電容較圖4方案節點電容更小，故節點數目更多，撐持更高通信速度。CAN節點EMC機能可晉升至知足 IEC61000-4-5 浪涌差模±2kV，共模±4kV，IEC/EN 61000-4-2靜電接觸±8kV。
共模±4kV 浪涌品級要求。
共模電感：對總線共模干擾大，設備EMI要求高的場所，尤其是汽車行業的應用總線采用51μH的共模電感可有用解決問題。插手共模電感帶來的問題即是引入諧振干擾。當收發器的總線旌旗燈號上升下降時候較短時，共模電感與總線分布電容發生諧振，影響通信，好比在CAN FD應用場所，這種諧振會影響總線的正常通信。圖6為CTM1051KT模塊采用ID段1Mbps，數據段2Mbps速度通信，插手庇護電路的波形，此中綠色為插手共模電感的波形，粉紅色為無共模電感的波形。
除了總線分布參數帶來的影響外，模塊自己的CAN差分旌旗燈號也會影響諧振電壓幅值。CAN收發器知足以下兩個前提，可有助于降低諧振電壓幅值。
1) CANH、CANL旌旗燈號要同步，且對稱性好；
2) CANH、CANL組成的差分電壓旌旗燈號上升、下降斜率小。
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現實組網毗連圖

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通用CAN隔離模塊大都有顯性超時庇護，模塊的最低波特率被限制為40kbps，模塊組網時最大通信距離應為1公里。當總線通信最大波特率確定后，組網的總線長度及分支長度應不跨越圖7限制。
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通俗應用組網可參考CTM系列隔離收發器數據手冊中已經給出的保舉組網體例，即采用單層屏障雙絞線。下面給出采用雙層屏障雙絞線的參考組網體例，如圖8所示。這種體例為三線傳輸體例，傳輸結果及抗干擾性最好。組網時雙絞線外屏障層單點接大地，內屏障層及雙絞線毗連每個收發器的CANG 、CANH、CANL，每個CAN節點的CANG經由過程1000pF電容接設備機殼。
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注重事項

輸入電壓不克不及跨越所劃定規模值，不然可能會造當作永遠性不成恢復的損壞
此參數僅限于 CAN 總線端口，CANH、CANL 或 CANG：測試時 CAN 總線端口均懸空，此中浪涌抗擾度采用開路電壓 1.2/50μS，短路電流 8/20μS 組合波進行測試，源阻抗 2Ω。
此參數僅限于 CAN 總線端口，應用電路圖中的大地必需毗連，浪涌抗擾度按非屏障對稱通信線試驗設置裝備擺設進行測試。
如沒有特別申明，本手冊中的參數都是在 25℃，濕度 40%~75%，輸入標稱電壓、CAN 接口 60Ω 負載下測得。