ISO1042 在 CAN 靈活數(shù)據(jù)速率 (FD) 模式下支持最高 5 Mbps 的數(shù)據(jù)速率，數(shù)據(jù)傳輸速度與傳統(tǒng) CAN 相比要快得多。該器件使用二氧化硅 (SiO2) 絕緣片，耐壓能力為 5000 Vrms。ISO1042 使設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)個(gè)別應(yīng)用的具體需求選擇最優(yōu)的總線保護(hù)器件。配合隔離式電源使用時(shí)，該器件能夠防止數(shù)據(jù)總線或其它電路中的噪聲電流進(jìn)入本地接地，以避免干擾或損壞敏感電路。

 

這些隔離式 CAN 收發(fā)器具有多種安全相關(guān)的認(rèn)證（對(duì)于任何提供強(qiáng)化和 / 或基本隔離選項(xiàng)的器件而言，這些都是重要的安全標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證）：

 

● 符合 DIN VDE V 0884-11:2017-01 的 7071-VPK VIOTM 和 1500-VPK VIORM（強(qiáng)化和基本選項(xiàng)）

● 根據(jù) UL 1577 標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)達(dá) 1 分鐘的 5000-VRMS 隔離能力

● IEC 60950-1、IEC 60601-1 和 EN 61010-1 認(rèn)證

● CQC、TUV 和 CSA 認(rèn)證

 

對(duì)于考慮 ISO1042 的設(shè)計(jì)人員，有兩種評(píng)估板選擇。Texas Instruments 提供的 ISO1042DWEVM 評(píng)估模塊使工程師能夠評(píng)估采用 16 引腳寬體 SOIC 封裝（封裝代碼 DW）的高性能、強(qiáng)化隔離型 CAN ISO1042。EVM 是一種雙芯片解決方案，具有足夠的測(cè)試點(diǎn)和跳線選項(xiàng)，可以用最少的外部元器件來(lái)評(píng)估器件。

 

RECOM Power 面向 ISO1042 提供了 R-REF03-CAN1 評(píng)估板。R-REF03-CAN1 評(píng)估板展示了由 R1SX-3.305/H 隔離式 DC-DC 轉(zhuǎn)換器供電的 ISO1042 隔離式 CAN 收發(fā)器。要為參考板供電，僅需要一個(gè) 3.3 V 外部電源。通過(guò)該參考板，設(shè)計(jì)人員能夠快速開發(fā)和分析隔離系統(tǒng)。

 

Texas Instruments 的 ISO1042 專為工業(yè) CAN 應(yīng)用而優(yōu)化，而 NXP 的 TJA1052i 高速 CAN 收發(fā)器則專門針對(duì)電動(dòng)汽車 (EV) 和混合動(dòng)力汽車 (HEV)，它們的高低壓部件之間需要電隔離柵（圖 2）。

 

圖 2：NXP 的 TJA1052i 針對(duì)電動(dòng)和混合動(dòng)力車輛進(jìn)行了優(yōu)化。（圖片來(lái)源：NXP Semiconductors）

 

TJA1052i 設(shè)計(jì)用于鋰離子 (Li-ion) 電池管理、再生制動(dòng)和 48 V 至 12 V 電平位移。該器件還可用于皮帶淘汰項(xiàng)目中高壓按需泵和電機(jī)的隔離。通過(guò) AEC-Q100 認(rèn)證的 TJA1052i 實(shí)現(xiàn)了 ISO 11898-2:2016 和 SAE J2284-1 至 SAE J2284-5 中定義的 CAN 物理層 (PHY)。提供三種隔離級(jí)別：1 千伏 (kV)、2.5 kV 和 5 kV。與 ISO1042 一樣，TJA1052i 也需要一個(gè)外部隔離電源。

 

集成電源和信號(hào)隔離解決方案

雖然分立 DC-DC 轉(zhuǎn)換器實(shí)施方案通常比同等集成方案效率更高，但集成解決方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

 

電路板面積小

認(rèn)證更容易

設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單

 

來(lái)自 Analog Devices 的 ADM3055E/ADM3057E 是 5 kV rms 和 3 kV rms 隔離式 CAN 收發(fā)器，帶有集成隔離式 DC-DC 轉(zhuǎn)換器（圖 3）。

 

圖 3：ADM3055E/ADM3057E 隔離式 CAN 收發(fā)器集成電源和信號(hào)隔離。（圖片來(lái)源：Analog Devices）

 

這些器件采用 5 V 單電源供電，為 CAN 和 CAN FD 提供了完全隔離的解決方案。通過(guò)連續(xù)調(diào)整開關(guān)頻率，DC-DC 轉(zhuǎn)換器高頻開關(guān)的輻射性放射被限制在 EN 55022 B 類限值以下。5 kV rms 隔離電壓、10 kV 浪涌測(cè)試及 8.3 mm 爬電距離和間隙安全和監(jiān)管認(rèn)證（在撰寫本文時(shí)待批），確保 ADM3055E 滿足應(yīng)用的強(qiáng)化隔離要求。ADM3057E 采用 20 引線寬體 SOIC 封裝，具有 3 kV rms 的隔離電壓和 7.8 mm 的爬電距離。

 

為了支持基于 ADM3055E/ADM3057E 的設(shè)計(jì)開發(fā)工作，Analog Devices 提供了 EVAL-ADM3055EEBZ 評(píng)估板。ADM3055E 和 ADM3057E 集成了邏輯側(cè)開關(guān)鍵控 (OOK) 信號(hào)隔離通道和 Analog Devices 的 isoPower DC-DC 轉(zhuǎn)換器，在采用表面貼裝鐵氧體磁珠的雙層印刷電路 (pc) 板上傳輸時(shí)，可提供遠(yuǎn)低于 EN55022 B 類限值的穩(wěn)壓隔離電源。

 

Texas Instruments 提供了一種不同的 CAN 通信電源和信號(hào)隔離方法，該方法基于雙芯片解決方案，使用 ISOW7841、雙通道隔離數(shù)據(jù)和電源器件，以及 CAN 收發(fā)器 TCAN1042H（圖 4）。

 

 

圖 4：這種雙芯片解決方案在一個(gè)芯片（左）中提供電源和信號(hào)隔離，在第二個(gè)芯片（右）中提供 CAN 通信。（圖片來(lái)源：Texas Instruments）

 

將變壓器集成在 ISOW7841 芯片內(nèi)部，不僅在 x 和 y 維度上，而且在 z（高度）維度上也節(jié)省了空間。要評(píng)估 ISOW7841，可使用 ISOW7841EVM 評(píng)估模塊。當(dāng)使用兩個(gè)芯片時(shí)，可以將 ISOW7841 器件放在電路板的一側(cè)，而將 CAN 器件放在另一側(cè)，從而減少電路板的整體空間。

 

這種雙芯片解決方案的設(shè)計(jì)不需要任何額外元器件來(lái)產(chǎn)生隔離電源，相比使用分立變壓器產(chǎn)生所需隔離電源的解決方案，該隔離解決方案的尺寸不到其四分之一。一個(gè)相關(guān)的參考設(shè)計(jì)采用 3 V 至 5.5 V 的單電源輸入，數(shù)字信號(hào)參考電路板一側(cè)的輸入電源電平。然后，ISOW7841 利用集成的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生隔離電源，用于為電路板另一側(cè)的 CAN 收發(fā)器供電。電路板電源側(cè)的信號(hào)被隔離并連接到 CAN 收發(fā)器，后者將單端數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分 CAN 格式。

 

總結(jié)

為了保護(hù) CAN 總線免受子系統(tǒng)之間的接地電勢(shì)差、共模能量和輻射能量等一般噪聲源，以及配電總線上的高壓噪聲和尖峰導(dǎo)致的潛在故障影響，電源和信號(hào)隔離必不可少。

 

如上所述，CAN 總線系統(tǒng)的隔離選擇包括電源和信號(hào)單獨(dú)隔離的分立解決方案，以及完全集成的電源和信號(hào)隔離解決方案，后者還可包括相關(guān)保護(hù)功能，從而使其可以在汽車和工業(yè)應(yīng)用中使用，而無(wú)需額外的保護(hù)器件，例如抑制二極管。