ISO1044隔离式CAN FD收发器：小封装大性能

引言

在工业控制、汽车电子等领域，CAN总线凭借其高可靠性和实时性得到了广泛应用。而ISO1044隔离式CAN FD收发器作为一款性能卓越的产品，为CAN总线系统带来了更多的优势。本文将详细介绍ISO1044的特性、应用、技术参数以及设计要点，希望能为电子工程师们在相关设计中提供有价值的参考。

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一、ISO1044特性概览

1. 标准兼容性与数据速率

ISO1044符合ISO 11898 - 2:2016物理层标准，支持高达1Mbps的经典CAN和高达5Mbps的FD（灵活数据速率）。这使得它在不同的数据传输需求场景下都能游刃有余，相比经典CAN，CAN FD模式可实现更为快速的载荷传输，大大提高了系统的响应速度。

2. 强大的保护特性

• 总线故障保护：具备±58V的直流总线故障保护电压，能有效应对总线电压异常情况，保障系统的稳定运行。
• ESD容差：总线引脚的IEC ESD容差为±8kV，HBM ESD容差为±10kV，可抵御静电干扰，减少因静电放电对器件造成的损坏。
• 驱动器显性超时（TXD DTO）：防止因硬件或软件故障导致TXD引脚长时间处于显性状态而阻塞网络通信，当超时发生时，会禁用CAN总线驱动器，释放总线供其他节点通信。
• 欠压保护：$V{CC 1}$ 和 $V{CC 2}$ 欠压保护功能，在电源电压不足时，将设备置于保护或默认模式，保护总线不受影响。

3. 良好的电气性能

• 共模电压范围：共模电压范围达到±12V，能适应复杂的电气环境，减少共模干扰对信号传输的影响。
• 高CMTI：CMTI（共模瞬态抗扰度）最小值为85kV/µs，保证了在高速信号传输过程中，对共模瞬态干扰的高抗性。
• 电压范围灵活：$V{CC 1}$ 电压范围为1.71V至5.5V，支持连接到CAN控制器的1.8V、2.5V、3.3V和5.0V逻辑接口；$V{CC 2}$ 电压范围为4.5V至5.5V，为不同的电源配置提供了便利。

4. 优异的电磁兼容性（EMC）

• 抗扰性强：具备系统级ESD、EFT和浪涌抗扰性，能在复杂的电磁环境中稳定工作，减少外界干扰对器件性能的影响。
• 低辐射：低辐射特性有助于减少对周围其他电子设备的电磁干扰，提高整个系统的电磁兼容性。

5. 宽温度范围与封装形式

环境温度范围为–40°C至 +125°C，适用于各种恶劣的工业环境。采用8 - SOIC封装，体积小巧，节省电路板空间，同时便于安装和布局。

6. 安全相关认证

符合多项安全标准，如DIN VDE V 0884 - 11:2017 - 01标准的VDE增强型绝缘、UL 1577组件认证计划、IEC 60950 - 1、IEC 62368 - 1、IEC 61010 - 1和GB 4943.1 - 2011认证，为系统的安全性提供了可靠保障。

二、ISO1044的应用领域

ISO1044的优异性能使其在多个领域得到了广泛应用，包括但不限于：

• 交流和伺服驱动器：在工业自动化中，交流和伺服驱动器需要精确的控制和快速的数据传输，ISO1044的高速数据速率和高可靠性能够满足其需求。
• 光伏逆变器：光伏逆变器工作环境复杂，对电磁兼容性和电气性能要求较高，ISO1044的良好特性使其能够稳定运行，保障光伏系统的正常发电。
• PLC和DCS通信模块：可编程逻辑控制器（PLC）和分布式控制系统（DCS）的通信模块需要高效的数据传输和可靠的通信协议支持，ISO1044能够提供稳定的通信连接。
• 升降机和自动扶梯：在升降机和自动扶梯的控制系统中，安全性和可靠性至关重要，ISO1044的保护特性和宽温度范围能够确保系统在各种环境下安全运行。
• 工业电源：工业电源需要对输出进行精确控制和监测，ISO1044可用于电源与控制系统之间的通信，提高电源的稳定性和可靠性。
• 电池充电和管理：在电池充电和管理系统中，需要实时监测电池状态并进行数据传输，ISO1044的高速数据传输能力能够满足这一需求。

三、ISO1044技术参数详解

1. 绝对最大额定值

规定了器件在正常工作时所允许的最大电压、电流和温度等参数，如$V{CC 1}$ 和 $V{CC 2}$ 的最大电压为6V，总线引脚电压范围为 - 58V至58V等。超过这些额定值可能会导致器件永久性损坏，因此在设计时必须严格遵守。

2. ESD额定值

给出了器件在不同ESD测试模型下的耐受电压，如人体模型（HBM）下所有引脚的ESD耐受电压为±4000V，CANH和CANL到GND2的ESD耐受电压为 + 10000V等。了解这些参数有助于在设计中采取相应的防静电措施，保护器件免受静电损坏。

3. 推荐工作条件

明确了器件在正常工作时的最佳电压、电流和温度范围，如$V{CC 1}$ 在不同逻辑接口电压下的推荐范围，$V{CC 2}$ 的电压范围为4.5V至5.5V等。在设计电源电路时，应确保电源输出在推荐工作条件范围内，以保证器件的性能和可靠性。

4. 热信息

提供了器件的热阻参数，如结到环境的热阻（$R{θJA}$）、结到外壳的热阻（$R{θJC}$）等。这些参数对于散热设计非常重要，通过合理的散热措施，可以确保器件在工作过程中不会因温度过高而影响性能或损坏。

5. 功率额定值

给出了器件在不同工作条件下的最大功率耗散，如最大总功率耗散（$PD$）、一侧的最大功率耗散（$P{D1}$ 和 $P_{D2}$）等。在设计电源和散热系统时，需要考虑这些功率参数，以确保器件能够正常工作。

6. 绝缘规格

规定了器件的绝缘性能参数，如外部间隙（CLR）、外部爬电距离（CPG）、绝缘距离（DTI）等。这些参数对于保证器件的电气隔离性能至关重要，特别是在涉及高电压和安全要求的应用中。

7. 安全相关认证参数

列出了器件在各项安全认证标准下的相关参数，如最大瞬态隔离电压、最大重复峰值隔离电压等。这些参数是器件符合安全标准的重要依据，在设计安全相关的系统时，必须确保器件满足相应的认证要求。

8. 电气特性 - DC规格

详细描述了器件在直流工作条件下的各项电气参数，如电源电流（$I{CC 1}$ 和 $I{CC 2}$）、输入输出电压、短路电流等。这些参数对于理解器件的工作原理和性能特点非常重要，在电路设计和调试过程中，需要根据这些参数进行合理的电路配置和优化。

9. 开关特性

给出了器件在开关过程中的各项时间参数，如总环路延迟（$t{PROP(LOOP1)}$ 和 $t{PROP(LOOP2)}$）、传播延迟时间（$t{PHR}$ 和 $t{PLD}$）等。这些参数对于高速信号传输和时序控制非常关键，在设计高速通信系统时，需要根据这些参数进行精确的时序设计和信号完整性分析。

四、ISO1044设计要点

1. 电源设计

为了确保器件在所有数据速率和电源电压下可靠运行，建议在输入和输出电源引脚（$V{CC 1}$ 和 $V{CC 2}$）处使用0.1 - µF的旁路电容，并将其尽可能靠近电源引脚放置。此外，在$V_{CC 2}$ 电源引脚附近可放置一个4.7 μF的大容量电容，以提供更好的电源滤波效果。如果应用中只有一个初级侧电源，可借助变压器驱动器（如TI的SN6505B）为次级侧生成隔离电源。

2. 总线设计

• 总线负载、长度和节点数量：虽然ISO 11898 - 2标准规定了最大总线长度和节点数量，但通过精心设计，可适当延长电缆长度、增加节点数量。ISO1044B具有高输入阻抗，理论上支持在单个总线段上连接多达100个收发器，但在实际设计中，需要考虑信号损失、寄生负载、网络不平衡等因素，合理确定节点数量和总线长度。
• CAN终端：根据ISO11898标准，总线应使用120 - Ω的终端电阻进行两端终端匹配，以防止信号反射。如果需要对总线的共模电压进行滤波和稳定，可采用分裂终端方式，这种方式有助于改善网络的电磁发射性能。

3. PCB布局设计

• 层数和层叠顺序：为实现低EMI的PCB设计，建议使用至少四层电路板，层叠顺序为高速信号层、接地层、电源层和低频信号层。将高速信号布线在顶层可避免使用过孔，减少电感的引入；在高速信号层旁边放置实心接地层，可实现传输线互连的受控阻抗，并为回流电流提供低电感路径；电源层与接地层相邻可增加高频旁路电容。
• 元件布局和布线：将$V_{CC 2}$ 旁路电容放置在顶层，并尽可能靠近器件引脚，避免使用过孔连接。对于ISO1044B的旁路电容和可选的TVS二极管，应按照推荐的布局和布线方式进行设计。如果需要额外的电源电压层或信号层，可添加第二个电源或接地层系统，以保持层叠结构的对称性，提高电路板的机械稳定性和高频旁路电容。

五、总结

ISO1044隔离式CAN FD收发器以其丰富的特性、广泛的应用领域和优异的技术参数，为电子工程师在CAN总线系统设计中提供了一个可靠的选择。在设计过程中，我们需要充分了解其特性和参数，遵循合理的设计要点，以确保系统的性能、可靠性和安全性。同时，TI提供了丰富的文档支持和技术资源，帮助工程师更好地进行设计和调试。你在使用ISO1044进行设计时，遇到过哪些挑战呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。