如何進(jìn)行通信總線(xiàn)的隔離？

　　CAN與485都是工業(yè)通信中常用的現場(chǎng)總線(xiàn)，做好通信總線(xiàn)的隔離防護是產(chǎn)品可靠、穩定的重要前提。如何做好通信總線(xiàn)的隔離防護呢?

　　一、為什么要隔離?

　　目前大多數產(chǎn)品對外通訊部分可總結為：MCU+收發(fā)器+外部總線(xiàn)，其中大多數常用的MCU 都集成有CAN或UART鏈路層控制器。從MCU發(fā)出的電平信號一般為5V或3.3V，為達到與總線(xiàn)連接和遠傳的目的，往往需要在MCU與總線(xiàn)間加收發(fā)器，它起到電平轉換的作用。

　　圖1 常規通信

　　采用總線(xiàn)通信方式必然涉及到外部通信走線(xiàn)，CAN和458總線(xiàn)往往需要做數百米的布線(xiàn)?？偩€(xiàn)越長(cháng)、經(jīng)過(guò)的環(huán)境越復雜越容易出現通信問(wèn)題。外部環(huán)境中復雜多變的電磁場(chǎng)會(huì )間接抬高總線(xiàn)的電勢，靜電、浪涌、短路等會(huì )直接作用到通信線(xiàn)上。以上情況的出現，輕則導致收發(fā)器損壞，重則造成主板故障。因此，與總線(xiàn)連接前加入隔離是十分必要的。

　　二、如何隔離?

　　隔離的方法及原理與I/O隔離相似，不同的是通信隔離需要考慮到隔離器件對通信信號的影響，不當的隔離往往導致通信中斷或通信不暢。對收發(fā)器來(lái)說(shuō)，隔離可以從兩方面入手，通信隔離和供電隔離。

　　目前主流的通信隔離方案為光耦、容耦及礠耦，隔離特點(diǎn)上光耦采用光的形式進(jìn)行信號傳遞，容耦通過(guò)電場(chǎng)的形式進(jìn)行傳輸，磁偶采用磁場(chǎng)形式進(jìn)行傳輸。供電隔離采用微功率DC-DC隔離電源，使輸入與輸出之間沒(méi)有電氣連接，避免供電端對收發(fā)器的影響。

　　圖2 電源與通信雙隔離

　　具體來(lái)講，隔離可以從兩個(gè)渠道實(shí)現：采用分立元器件搭建或采用集成模塊。采用分立模塊搭建往往涉及到很多器件的選型及采購，實(shí)現起來(lái)較為麻煩且難保證該部分在產(chǎn)品上的一致性?；诖?，集供電隔離、通信隔離一體的隔離收發(fā)器模塊應運而生，緊湊的體積使他在應用便捷的同時(shí)占用更少的PCB面積。

　　圖3 高度集成的隔離收發(fā)器

　三、增加防護等級

　　隔離收發(fā)器能為后級主板提供絕對的隔離防護，但同時(shí)自身也需要防護，因為隔離收發(fā)器被損壞通訊也將中斷。以CTM8251K(A)T為例，它的浪涌等級可以達到IEC/EN 61000-4-5 共模/差?！?kV，足以應對絕大部分工業(yè)場(chǎng)合。從可靠性上考慮，即使在惡劣環(huán)境中選用隔離收發(fā)器，我們仍建議您在外圍添加保護電路。

　　其中GDT置于最前端，提供一級防護，當雷擊、浪涌產(chǎn)生時(shí)，GDT瞬間達到低阻狀態(tài)，為瞬時(shí)大電流提供泄放通道，將CAN_H、CAN_L間電壓鉗制在二十幾伏范圍內。實(shí)際取值可根據防護等級及器件成本綜合考慮進(jìn)行調整，R3 與 R4 建議選用 PTC，D1~D6 建議選用快恢復二極管。

　　圖4 增加防護等級

　　圖5 選用器件參數(僅供參考)

　　上圖所示的接口電路雖然能夠提供有效的防護，但是需要引入較多的電子器件，這也就意味著(zhù)接口電路將占用更多的PCB空間，若器件參數選擇不合適易造成EMC問(wèn)題。有沒(méi)有更好的辦法呢?致遠電子已經(jīng)為小伙伴們設計了專(zhuān)業(yè)的信號浪涌抑制器SP00S12，該模塊直接將總線(xiàn)浪涌等級提高到IEC61000-4-5±4KV。

　　圖6 浪涌抑制實(shí)測

　　SP00S12可用于各種信號傳輸系統，抑制雷擊、浪涌、過(guò)壓等有害信號，對設備信號端口進(jìn)行保護，尤為適合 CAN、RS-485 等通信領(lǐng)域的浪涌防護。SP00S12損耗小、反應快，通流容量：≤ 500A(8/20μS 模擬雷電波形)，滿(mǎn)足 IEC/EN61000-4-5 ±4KV 浪涌等級要求。

　　圖7 SP00S12應用

　　四、ZLG致遠電子隔離模塊

　　ZLG致遠電子推出的模塊有隔離電源模塊、隔離收發(fā)器模塊、信號調理模塊及協(xié)議轉換模塊。其中電源模塊為微功率隔離/非隔離DC-DC模塊;隔離收發(fā)器模塊包括CAN、465、232模塊，CAN與485更是全新上線(xiàn)表貼式小體積型號;總線(xiàn)保護器就是上文提到的SP00S12。多協(xié)議模塊是專(zhuān)為MCU外設資源不足時(shí)提供的，包括UART/SPI轉CAN、SPI轉485等等。

　　圖8 協(xié)議轉換模塊

　　ZLG致遠電子隔離模塊目前已通過(guò)國際權威認證，包括美國UL認證、歐盟CE認證以及CB認證。測試項目主要分為兩部分，EMC及安規測試。EMC測試主要包括輻射(EMI)與抗擾(EMS)，輻射測試項目具體如下所示：

　　?多媒體設備的電磁兼容性發(fā)射要求(EN 55032-2015);

　　?電磁兼容性(EMC).第3部分:極限值.第2節:諧波電流輻射的極限值(EN 61000-3-2:2014);

　　?電磁兼容性(EMC).第3-3部分:限值.每相額定電流小于等于16 A、不受條件限制的連接設備用公共低壓供電系統電壓變化、電壓波動(dòng)和閃爍的限制(IEC 61000-3-3-2013)。