使用 3.3V CAN 收發(fā)器在工業(yè)系統中實(shí)現可靠的數據傳輸

工業(yè)市場(chǎng)正在迅速發(fā)展，新興技術(shù)正在滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的創(chuàng )新和效率需求。工業(yè)應用使用多種不同的接口（包括以太網(wǎng)、RS-485 和控制器局域網(wǎng) (CAN)）在不同的設備之間傳輸時(shí)間敏感型數據。在選擇要使用的接口時(shí)，設計人員必須考慮許多不同的目標，進(jìn)行權衡。

CAN 是最早可在惡劣和嘈雜的工業(yè)環(huán)境中提供可靠數據通信的協(xié)議之一，至今仍然廣受歡迎。CAN 收發(fā)器可提供 CAN 協(xié)議的物理層，具有高功效、高數據速率和小物理尺寸特性，同時(shí)保持穩健可靠，是許多工業(yè)應用的理想選擇。在本文中，我們將介紹 CAN 收發(fā)器的優(yōu)勢，并討論它們在更大限度地提高工業(yè)應用效率方面的作用。

圖 1 展示了通常使用 CAN 收發(fā)器來(lái)傳輸數據的各種工業(yè)應用。

圖 1. 光伏逆變器、不間斷電源 (UPS)、HVAC 系統、可編程邏輯控制器和儲能系統都依賴(lài) CAN

保障工業(yè)環(huán)境中的通信：CAN 收發(fā)器的作用

CAN 收發(fā)器在工業(yè)自動(dòng)化系統中至關(guān)重要，因為它們使傳感器、控制器和執行器等器件能通過(guò)將數字信號轉換為可在總線(xiàn)上長(cháng)距離發(fā)送的模擬差分信號進(jìn)行通信。收發(fā)器可確保數據可靠傳輸，并能保護網(wǎng)絡(luò )，以免遭受電氣損壞。這使得數據交換更高效，通信更準確。因此，在工業(yè)應用中選擇新款 CAN 收發(fā)器時(shí)，可靠性、小尺寸以及低功耗至關(guān)重要。

我們來(lái)討論一下穩健性在工業(yè)環(huán)境中的重要性。電壓尖峰、瞬變和靜電放電 (ESD) 等電氣危害是工業(yè)環(huán)境中的常見(jiàn)干擾源。裝配線(xiàn)、機器人和自動(dòng)化系統等易受 ESD 影響的區域或產(chǎn)品中的器件需要在其 CAN 收發(fā)器中配備 ESD 保護，以確保網(wǎng)絡(luò )安全。將 ESD 保護集成到 CAN 收發(fā)器中有助于確保它能夠承受高壓放電而不發(fā)生故障。此外，工業(yè)應用通常使用較長(cháng)的 CAN 總線(xiàn)電纜，但是，這會(huì )增加發(fā)生總線(xiàn)故障的風(fēng)險，例如短路和過(guò)壓情況。連接到此類(lèi)擴展網(wǎng)絡(luò )的設備需要具有高總線(xiàn)故障保護功能的收發(fā)器。如果沒(méi)有這種保護，這些故障可能會(huì )損壞收發(fā)器，并可能通過(guò)整個(gè)網(wǎng)絡(luò )傳播，從而導致通信中斷和系統停機。

目前，各種產(chǎn)品都使用 CAN 接口，例如工業(yè)可編程邏輯控制器 (PLC)、電機驅動(dòng)器、遠程傳感器和執行器。工業(yè) PLC 控制多個(gè)工業(yè)過(guò)程，通常連接到廣泛的傳感器網(wǎng)絡(luò )，導致總線(xiàn)電纜長(cháng)度較長(cháng)。電機驅動(dòng)器可控制大功率電機，這可能會(huì )導致 CAN 總線(xiàn)上出現電壓尖峰和瞬變。在這兩種情況下，為 CAN 收發(fā)器提供可靠的總線(xiàn)故障保護至關(guān)重要。遠程傳感器和執行器通常位于網(wǎng)絡(luò )的外圍，因此可能暴露于環(huán)境中的靜電，需要強大的 ESD 保護。

在可以覆蓋長(cháng)距離的工業(yè)環(huán)境中，接地電勢差和共模噪聲累積可能導致信號衰減。CAN 收發(fā)器具有更寬的共模范圍，有助于確保在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行可靠的信號傳輸。例如，通常會(huì )產(chǎn)生接地環(huán)路電流和共模噪聲的電機驅動(dòng)需要具有更寬共模范圍的收發(fā)器，以更大限度地減少通信誤差，從而增強電機控制和反饋信號的數據完整性。

5V CAN 和 3.3V CAN 收發(fā)器均廣泛用于工業(yè)應用。但是，3.3V CAN 收發(fā)器可提供其他優(yōu)勢，例如無(wú)需使用低壓降穩壓器 (LDO) 以及 3.3V 微控制器與 5V CAN 收發(fā)器之間的電平轉換電路。此 3.3V CAN 收發(fā)器可簡(jiǎn)化系統設計，減少組件數量，并使最終產(chǎn)品更加緊湊。此外，移除 LDO 可降低總體系統成本。圖 2 展示了 3.3V 微控制器和 3.3V CAN 收發(fā)器運行的典型配置。

圖 2. 3.3V CAN 收發(fā)器應用原理圖

在功耗方面，3.3V CAN 收發(fā)器的效率高于傳統的 5V CAN 收發(fā)器。此外，TCAN3414 等 3.3V CAN 收發(fā)器的關(guān)斷功能可以進(jìn)一步降低電流，從而延長(cháng)電池供電應用或具有嚴格功率限制的器件的電池壽命。

圖 3 展示了在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中無(wú)縫運行的 3.3V 和 5V CAN 收發(fā)器。采用 3.3V 電源供電的 CAN 收發(fā)器，例如 TI 的 TCAN3413 和 TCAN3414，完全可以與 5V CAN 收發(fā)器進(jìn)行互操作。有關(guān)更多詳細信息，請點(diǎn)擊文后閱讀原文，參閱白皮書(shū)通過(guò)汽車(chē) EMC 認證的 3.3V CAN 收發(fā)器。

圖 3. 包含 3.3V 和 5V CAN 收發(fā)器的典型 CAN 網(wǎng)絡(luò )

結語(yǔ)

TCAN3413 和 TCAN3414 等 3.3V CAN 收發(fā)器可幫助設計人員實(shí)現在工業(yè)環(huán)境中高效運行的可靠接口。此類(lèi)收發(fā)器提供了多種功能，可以防止工業(yè)環(huán)境中的各種問(wèn)題。這些器件在總線(xiàn)上提供符合國際電工委員會(huì ) IEC-61000-4-2 標準的高達 ±10kV 的 ESD 保護、±58V 的高總線(xiàn)故障保護以及 ±30V 的寬接收器共模輸入電壓范圍。這些特性有助于您優(yōu)化設計，增強可靠的通信功能，同時(shí)節省布板空間和系統成本。