CAN隔离与环路延迟的取舍

作为一个由德国BOSCH开发的国际化标准组织定义的串行通讯总线，CAN总线容错能力特别强，不同于传统的网络，CAN节点与节点之间不会传输大数据块，短数据包模式也使得系统获得了更好的稳定性。在复杂的自动化工业场景中，每个外围系统元件都需要通过可靠的通信总线与主控制单元和其他外围设备通信，CAN 是公认的最充分、最可靠且性价比最高的通信标准。
 
在工业场合中，CAN总线接口电路设计时需要将CAN收发器进行隔离，解决总线干扰、通信异常等问题。有的会选择带收发功能的隔离器件进行电路设计，有的直接选择集成了收发器、隔离和外围电路，封装好的隔离模块。
 
TI隔离式CAN收发器
 
TI的收发器支持CAN和CAN FD通信，高EMC、高总线故障保护、高抗扰度和低辐射保证了其产品在汽车、电机传动和电力输送等应用中能实现可靠的数据传输。
 
在工业场景的通信设计中，TI的ISO1050是被应用的极为广泛的一款隔离式5V CAN收发器。ISO1050采用了电镀隔离，提供2500 VRMS隔离，可为总线和CAN控制器分别提供差分发射能力和差分接收能力，信号传输速率高达1兆位每秒。
 

（图源：TI）

 
ISO1050环路延迟较低，典型值为150ns，最大不超过210ns，在50kV/µs瞬态抗扰度下为－27V至40V的总线提供故障保护。ISO1050与隔离式电源一起使用，可以防止数据总线或者其他电路上的噪音电流进入本地接地并干扰和损坏敏感电路。
 
ISO1050的高共模电压决定了CAN 器件在不引起数据错误的情况下可容忍的共模变化，在有噪声的环境中，较高的共模范围能更好地实现无错误通信。而与其他器件相比，ISO1050较高的总线保护电压为该器件提供了更大的裕度，从而可承受电缆接线错误或电源短路的情况。
 
作为超小型的隔离CAN收发器，它也减少了不少布板空间。
 
ADI隔离式CAN收发器
 
ADI隔离式CAN收发器提供数据链路层、硬件协议与CAN总线的物理走线之间的差分物理层接口，其中包括集成了iCoupler和isoPower隔离的收发器，提供完全隔离式现成CAN PHY。
 

（图源：ADI）

 
ADM3058E是ADI旗下最新的高工作电压5.7kv rms隔离式CAN FD收发器，能够支持高达12 Mbps的行业顶尖数据速率。ADM3058E利用了ADI知名的iCoupler隔离技术，将2通道隔离器和CAN收发器组合到单个小外形集成电路表面贴装封装中，提供CAN控制器和物理层总线之间的隔离。
 
该器件最大的环路传播延迟也不超过155ns，可拓展的共模范围覆盖±25V，每项指标都高于收发器的行业平均值。这意味着在更长的总线上提供更可靠的通信。在隔离上，5.7 kV rms耐受电压、1500 V峰值工作电压和10 kV浪涌测试电压也足够提供工业级别的隔离要求。
 
在封装上，ADM3058E也能提供8引脚标准小尺寸封装，同时具有更高的爬电距离（SOIC_IC）和＞8 mm的爬电距离。
 
NXP隔离式CAN收发器
 
NXP在CAN收发器上一直都有领先的实力，在隔离式CAN收发上，虽然并没有推出很多产品，但胜在质量。
 

（图源：NXP）

 
TJA1052i是作为高速CAN收发器，在CAN协议控制器和物理双线CAN总线之间提供一个电隔离的接口。TJA1052i是专门针对高压和低压部件之间需要电流隔离屏障应用开发的。该隔离收发器使用专有的电容式隔离技术来传输和接收CAN信号。这项技术能够在嘈杂的环境中进行更可靠的数据通信。TJA1052i实现了在ISO11898-2：2016和SAEJ2284-1到SAEJ2284-5中定义的CAN物理层，这意味着能够在CAN FD快速阶段以高达5Mbit/s的数据速率进行可靠的通信。
 
TJA1052i属于NXP的第三代CAN收发器，比第一代和第二代设备有了显著的改进。其最大环路延迟不超过220ns，拥有45kV/µs瞬态抗扰度。隔离器和收发器集成到一个SO16封装中，大大减少了板空间。它还能提供改进的电磁兼容性（EMC）和静电放电（ESD）性能，并且在收发器电源电压关闭时具有理想的无源特性。
 
小结
 
隔离器件等外围电路的引入实现了CAN收发器的安全隔离，在隔离要求都能满足的情况下，如何降低回环延迟，增加实际通讯距离成了各家着力发展的重点。