CANopen-Busschnittstellenschaltungsprinzip und Designüberlegungen
Der CAN-Bus ist ein serielles Kommunikationsnetzwerk, das eine dezentrale Steuerung und Echtzeitsteuerung effektiv unterstützt. Aufgrund seiner hohen Leistungsfähigkeit und hohen Zuverlässigkeit wurde es auf dem Gebiet der automatischen Steuerung weit verbreitet verwendet. Um die Laufwerksfähigkeit des Systems zu verbessern und die Kommunikationsdistanz zu erhöhen, wird Philips 82C250 in praktischen Anwendungen als Schnittstelle zwischen dem CAN-Controller und dem physischen Bus, dh dem CAN-Transceiver, verwendet, um die differenzielle Übertragungsfähigkeit des Busses und des CAN-Steuerung. Die differentielle Empfangskapazität des Geräts. Um die Entstörungsfähigkeit weiter zu verbessern, wird häufig eine Opto-Isolationsschaltung zwischen dem CAN-Controller und dem Transceiver eingerichtet. Das typische CAN-Bus-Schnittstellenschaltungsprinzip ist wie in Fig. 1 gezeigt.
Abb.1 Typische CAN-Bus-Schnittstelle Prinzipschaltbild Zeichnung
1 Hauptprobleme beim Entwurf von Schnittstellenschaltungen
1.1 Optische Isolationsschaltung
Obwohl die optoisolierte Schaltung die Entstörungsfähigkeit des Systems verbessern kann, erhöht sie auch die Übertragungsverzögerungszeit des effektiven Schleifensignals des CAN-Busses, was zu einer Verringerung der Kommunikationsrate oder -entfernung führt. Die 82C250 und andere Modelle von CAN-Transceivern sind in der Lage, eine sofortige Immunität, reduzierte Hochfrequenzstörungen (RFI) und thermischen Schutz zu gewährleisten. Strombegrenzungsschaltungen bieten auch einen zusätzlichen Busschutz. Wenn daher die Feldübertragungsdistanz kurz ist und die elektromagnetische Interferenz gering ist, kann eine optische Isolation nicht angewendet werden, so dass das System die maximale Kommunikationsrate oder -distanz erreichen kann, und die Schnittstellenschaltung kann vereinfacht werden. Wenn die Feldumgebung eine Optoisolierung erfordert, sollten Hochgeschwindigkeits-Optoisolatoren verwendet werden, um die Laufzeitverzögerung des effektiven Schleifensignals des CAN-Busses zu reduzieren. Zum Beispiel hat der Hochgeschwindigkeits-Optokoppler 6N137 eine kurze Ausbreitungsverzögerung von 48 ns, was nahe an der TTL-Schaltung liegt. Das Niveau der Verzögerungszeit.
1.2 Stromversorgung Isolierung
Die Stromversorgung Vdd und Vcc, die auf beiden Seiten der optoelektronischen Isolationsvorrichtung verwendet werden, müssen vollständig isoliert sein. Andernfalls verliert die optoelektronische Isolation ihre ordnungsgemäße Funktion. Die Isolierung der Stromversorgung kann durch ein DC / DC-Spannungsversorgungs-Isolationsmodul mit geringer Leistung erreicht werden, wie z. B. ein 5 V doppelt isoliertes Niederspannungs-DC / DC-Modul mit DIP-14-Standardbelegung.
1.3 Pull-up-Widerstand
Der Übertragungsdaten-Eingangsanschluss TXD des CAN-Transceivers 82C250 in Fig. 1 ist mit dem Ausgangsanschluß OUT des Photokopplers 6N137 verbunden. Beachten Sie, dass das TXD gleichzeitig mit dem Pull-Up-Widerstand R3 verbunden sein muss. Zum einen sorgt R3 dafür, dass der Phototransistor im 6N137 beim Einschalten einen Low-Pegel ausgibt und im ausgeschalteten Zustand einen High-Pegel ausgibt. Auf der anderen Seite ist dies auch eine Voraussetzung für den CAN-Bus. Insbesondere bestimmt der Status des TXD-Terminals des 82C250 den Status der CAN- und CAN-Anschlüsse CANH und CAN (siehe Tabelle 1). Die CAN-Bus-Spezifikation besagt, dass der Bus in Ruheperioden rezessiv sein sollte. Das heißt, der Standardzustand der Knoten im CAN-Netzwerk ist rezessiv. Dies erfordert, dass der Standardzustand der TXD-Seite des 82C25O logisch 1 (High-Pegel) ist. Aus diesem Grund muss durch R3 sichergestellt werden, dass der Status des TXD-Anschlusses logisch 1 (hoher Pegel) ist, wenn keine Daten übertragen werden oder ein abnormaler Zustand auftritt.
| TXD-Status | CANH Stufe (V) | CANL Level (V) | CAN-Bus Status |
| 1 | 2.5 | 2.5 | Rezessiv (logisch 1) |
| 0 | 3.5 | 1.5 | Dominant (logisch 0) |
1.4 Busimpedanzanpassung
Am Ende des CAN-Busses müssen zwei 120Ω-Widerstände angeschlossen werden. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Busimpedanzanpassung und können nicht weggelassen werden. Andernfalls wird die Zuverlässigkeit und Anti-Interferenz der Busdatenkommunikation stark reduziert, und sogar eine Kommunikation ist möglicherweise nicht möglich.
1.5 Andere Maßnahmen gegen Staus
Berücksichtigen Sie zur Verbesserung der Störfestigkeit der Schnittstellenschaltung die folgenden Maßnahmen:
(1) Schließen Sie zwei 30-pF-Kleinkondensatoren parallel zwischen den CANH- und CANL-Anschlüssen des 82C25O und der Masse an, um hochfrequente Störungen auf dem Bus herauszufiltern und elektromagnetische Strahlung zu vermeiden.
(2) Verbinden Sie einen 5Ω-Widerstand in Reihe zwischen den CANH- und CANL-Klemmen des 82C250 und dem CAN-Bus, um den Strom zu begrenzen und den 82C250 vor Überstrom zu schützen.
(3) Fügen Sie einen 100 nF Entkopplungskondensator zwischen den Spannungsversorgungsanschluss des 82C25O, 6N137 und anderen integrierten Schaltkreisen und die Masse ein, um Störungen zu reduzieren.
2. Schlussfolgerung
Die Schnittstellenschaltung ist ein wichtiger Teil des CAN-Bus-Netzwerks. Seine Zuverlässigkeit und Sicherheit wirken sich direkt auf den Betrieb des gesamten Kommunikationsnetzes aus. Dieser Artikel fasst einige Hauptprobleme zusammen, die beim Entwurf von CAN-Schnittstellenschaltungen beachtet werden sollten. Nur wenn wir den Schlüssel im Entwurf verstehen, können wir die Qualität und Leistung von mehreren Schnittstellenschaltungen verbessern und sicherstellen, dass das CAN-Bus-Netzwerk sicher und zuverlässig arbeitet.