【導(dǎo)讀】"時(shí)間至關(guān)重要"——這個(gè)古老的慣用語(yǔ)可以應(yīng)用于任何領(lǐng)域，但當(dāng)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)世界信號(hào)的采樣時(shí)，它是我們工程學(xué)科的支柱。當(dāng)嘗試降低功耗、實(shí)現(xiàn)時(shí)序目標(biāo)并滿(mǎn)足性能要求時(shí)，必須考慮測(cè)量信號(hào)鏈選擇何種ADC架構(gòu)類(lèi)型：∑-Δ還是逐次逼近寄存器(SAR)。一旦選擇了特定架構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員便可創(chuàng)建所需的電路以獲得必要的系統(tǒng)性能。此時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要考慮其低功耗精密信號(hào)鏈的最重要時(shí)序因素。
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(zhǎng)的創(chuàng)新和效率需求。工業(yè)應(yīng)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(shè)備之間傳輸時(shí)間敏感型數(shù)據(jù)。在選擇要使用的接口時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須考慮許多不同的目標(biāo)，進(jìn)行權(quán)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)速率和小物理尺寸特性，同時(shí)保持穩(wěn)健可靠，是許多工業(yè)應(yīng)用的理想選擇。在本文中，我們將介紹 CAN 收發(fā)器的優(yōu)勢(shì)，并討論它們?cè)诟笙薅鹊靥岣吖I(yè)應(yīng)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(shù)據(jù)的各種工業(yè)應(yīng)用。
圖 1. 光伏逆變器、不間斷電源 (UPS)、HVAC 系統(tǒng)、可編程邏輯控制器和儲(chǔ)能系統(tǒng)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(tǒng)中至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兪箓鞲衅?、控制器和?zhí)行器等器件能通過(guò)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為可在總線(xiàn)上長(zhǎng)距離發(fā)送的模擬差分信號(hào)進(jìn)行通信。收發(fā)器可確保數(shù)據(jù)可靠傳輸，并能保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，以免遭受電氣損壞。這使得數(shù)據(jù)交換更高效，通信更準(zhǔn)確。因此，在工業(yè)應(yīng)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(wěn)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(jī)器人和自動(dòng)化系統(tǒng)等易受 ESD 影響的區(qū)域或產(chǎn)品中的器件需要在其 CAN 收發(fā)器中配備 ESD 保護(hù)，以確保網(wǎng)絡(luò)安全。將 ESD 保護(hù)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(yīng)用通常使用較長(zhǎng)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(xiǎn)，例如短路和過(guò)壓情況。連接到此類(lèi)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備需要具有高總線(xiàn)故障保護(hù)功能的收發(fā)器。如果沒(méi)有這種保護(hù)，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(dǎo)致通信中斷和系統(tǒng)停機(jī)。
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(jī)驅(qū)動(dòng)器、遠(yuǎn)程傳感器和執(zhí)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(dǎo)致總線(xiàn)電纜長(zhǎng)度較長(zhǎng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可控制大功率電機(jī)，這可能會(huì)導(dǎo)致 CAN 總線(xiàn)上出現(xiàn)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(hù)至關(guān)重要。遠(yuǎn)程傳感器和執(zhí)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(qiáng)大的 ESD 保護(hù)。
在可以覆蓋長(zhǎng)距離的工業(yè)環(huán)境中，接地電勢(shì)差和共模噪聲累積可能導(dǎo)致信號(hào)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(hào)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(jī)驅(qū)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(qiáng)電機(jī)控制和反饋信號(hào)的數(shù)據(jù)完整性。
5V CAN 和 3.3V CAN 收發(fā)器均廣泛用于工業(yè)應(yīng)用。但是，3.3V CAN 收發(fā)器可提供其他優(yōu)勢(shì)，例如無(wú)需使用低壓降穩(wěn)壓器 (LDO) 以及 3.3V 微控制器與 5V CAN 收發(fā)器之間的電平轉(zhuǎn)換電路。此 3.3V CAN 收發(fā)器可簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少組件數(shù)量，并使最終產(chǎn)品更加緊湊。此外，移除 LDO 可降低總體系統(tǒng)成本。圖 2 展示了 3.3V 微控制器和 3.3V CAN 收發(fā)器運(yùn)行的典型配置。
圖 2. 3.3V CAN 收發(fā)器應(yīng)用原理圖
在功耗方面，3.3V CAN 收發(fā)器的效率高于傳統(tǒng)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(zhǎng)電池供電應(yīng)用或具有嚴(yán)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(yùn)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(xì)信息，請(qǐng)參閱白皮書(shū)通過(guò)汽車(chē) EMC 認(rèn)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(jié)語(yǔ)
TCAN3413 和 TCAN3414 等 3.3V CAN 收發(fā)器可幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)在工業(yè)環(huán)境中高效運(yùn)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(guó)際電工委員會(huì) IEC-61000-4-2 標(biāo)準(zhǔn)的高達(dá) ±10kV 的 ESD 保護(hù)、±58V 的高總線(xiàn)故障保護(hù)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(shè)計(jì)，增強(qiáng)可靠的通信功能，同時(shí)節(jié)省布板空間和系統(tǒng)成本。
關(guān)于德州儀器 (TI)
德州儀器是一家全球性的半導(dǎo)體公司，從事設(shè)計(jì)、制造和銷(xiāo)售模擬和嵌入式處理芯片，用于工業(yè)、汽車(chē)、個(gè)人電子產(chǎn)品、通信設(shè)備和企業(yè)系統(tǒng)等市場(chǎng)。我們致力于通過(guò)半導(dǎo)體技術(shù)讓電子產(chǎn)品更經(jīng)濟(jì)實(shí)用，讓世界更美好。如今，每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，使我們的技術(shù)變得更可靠、更經(jīng)濟(jì)、更節(jié)能，從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
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