深入剖析ISOW1044：隔离式CAN FD收发器的卓越之选

在电子工程领域，CAN（Controller Area Network）网络以其高可靠性和实时性广泛应用于工业自动化、汽车电子等众多领域。随着技术的发展，对CAN收发器的性能、集成度和安全性提出了更高的要求。今天，我们就来深入探讨一款极具特色的隔离式CAN FD收发器——ISOW1044。

文件下载：isow1044.pdf

一、ISOW1044的特性亮点

1. 通信速率与标准兼容

ISOW1044不仅满足ISO 11898 - 2:2016物理层标准，而且在通信速率上表现出色。它支持经典CAN网络，最高数据速率可达1 Mbps；对于CAN FD网络，更是能实现2 Mbps和5 Mbps的数据传输，满足不同应用场景的需求。

2. 集成DC - DC转换器

这是ISOW1044的一大亮点。其集成的低辐射、低噪声DC - DC转换器，在两层PCB上就能满足CISPR 32和EN 55032 Class B标准，且有大于6 dB的裕量。该转换器工作频率为25 MHz，有助于实现低噪声性能，典型效率可达47%，隔离输出电压精度为± 5%，还能提供额外20 mA的输出电流，可用于为板上其他电路供电。

3. 独立电源与宽电压范围

CAN和DC - DC采用独立电源供电。逻辑电源（(V{IO})）支持1.71 V至5.5 V的电压范围，而电源转换器电源（(V{DD})）为4.5 V至5.5 V。这种设计使得在需要不同逻辑电平的应用中具有更大的灵活性。

4. 故障保护与高可靠性

ISOW1044具备完善的故障保护功能。DC总线故障保护电压可达± 58 V，接收器共模输入电压范围为± 12 V。同时，它还支持通过总线唤醒模式进行远程唤醒，典型环路延迟仅为167 ns。此外，该器件提供增强型和基本型隔离选项，CMTI（共模瞬态抗扰度）典型值高达100 kV/µs，总线引脚对GND2的HBM ESD（人体模型静电放电）可达± 12 kV，IEC 61000 - 4 - 2接触放电可达± 8 kV，能在恶劣环境下稳定工作。

5. 其他特性

它还拥有一个额外的10 Mbps GPIO通道，可用于诊断、LED指示或电源监控等功能。工作温度范围为 - 40°C至125°C，采用20引脚宽SOIC封装，并且计划获得VDE、UL等多项安全相关认证。

二、ISOW1044的应用领域

1. 工业自动化

在工业自动化系统中，需要可靠的通信网络来实现设备之间的协同工作。ISOW1044的高速数据传输能力、高抗干扰性和故障保护功能，使其能够满足工业现场复杂环境的要求，确保数据的准确传输。

2. 建筑自动化

建筑自动化系统涉及众多设备的监控和控制，如电梯、空调、照明等。ISOW1044可以为这些设备之间的通信提供稳定的连接，提高系统的可靠性和智能化水平。

3. 工业运输

在工业运输领域，如AGV（自动导引车）、轨道运输等，对通信的实时性和可靠性要求极高。ISOW1044的快速响应和高可靠性能够保障运输系统的安全运行。

4. 太阳能逆变器和保护继电器

太阳能逆变器和保护继电器需要精确的控制和通信，以实现对电能的高效转换和系统的安全保护。ISOW1044的高性能特性可以满足这些应用的需求。

5. 电机驱动

电机驱动系统需要实时监测和控制电机的运行状态，ISOW1044可以为电机驱动系统提供可靠的通信接口，实现对电机的精确控制。

三、ISOW1044的详细工作原理

1. 电源隔离

集成的隔离式DC - DC转换器采用先进的电路和片上布局技术，降低了辐射发射。其集成的变压器使用薄膜聚合物作为绝缘屏障，典型效率可达47%。在不需要总线通信时，可以通过EN引脚关闭DC - DC转换器以节省电源。输出电压(VISOOUT)受到监控，并通过专用隔离通道将反馈信息传送到初级侧，调整初级开关级的占空比。同时，电源转换器的快速反馈控制回路确保在负载瞬变时具有低过冲和欠冲。此外，(V{IO})、(V{DD})和(VISOOUT)电源集成了带滞后的欠压锁定（UVLO）功能，确保在嘈杂环境下系统的稳健性能。集成的软启动机制则控制了浪涌电流，避免了上电时输出电压的过冲。

2. 信号隔离

CAN收发器和GPIIO的集成信号隔离通道采用开关键控（OOK）调制方案，通过基于二氧化硅的隔离屏障传输数字数据。发射器通过屏障发送高频载波表示一种状态，不发送信号表示另一种状态。接收器在信号调理后对信号进行解调，并通过缓冲级产生输出。信号隔离通道采用先进的电路技术，最大化CMTI性能，最小化高频载波和IO缓冲器切换产生的辐射发射。为了避免电源转换器的噪声耦合到信号路径，电源转换器（(V{DD})）和信号路径（(V{IO})）的电源在一侧分开；在另一侧，电源转换器输出（(VISOOUT)）需要在PCB上外部连接到CAN的电源（(V_{ISOIN})）。

3. CAN收发器

ISOW1044包含一个数字隔离的CAN收发器，提供± 58 V的DC总线故障保护和± 12 V的共模电压范围。在CAN FD模式下，它支持高达5 Mbps的数据速率，相比经典CAN能够更快地传输有效负载。电源转换器在一侧（(V{DD})）和另一侧（(VISOOUT)）均采用5 V电源供电，逻辑电源(V{IO})在一侧可在1.71 V至5.5 V的范围内工作。这种宽(V_{IO})电源范围对于在恶劣工业环境中运行的应用特别有利，因为一侧的低电压可以连接到低电压微控制器以节省功率，而另一侧的5 V则保持总线信号的高信噪比。

四、ISOW1044的设计与应用要点

1. 电源供应

为了确保在所有数据速率和电源电压下可靠运行，应在电源引脚附近放置足够的去耦电容。对于电源转换器输入(V{DD})和输出(VISOOUT)引脚，应至少使用10 nF的高频陶瓷电容和10 μF的大容量电容。信号路径电源引脚(V{IO})和(V_{ISOIN})应使用100 nF或更高值的陶瓷旁路电容。此外，ISOW1044在满载条件下短时间内（10s的微秒级）可能会消耗高达250 mA的典型峰值脉冲电流，因此上游电源设备的电流限制应至少为300 mA。

2. 布局设计

合理的布局设计对于降低辐射发射至关重要。以下是一些关键的布局准则：

• 10 nF的高频旁路电容应靠近(V_{DD})和(VISOOUT)引脚放置，距离器件引脚不超过1 mm，且应选用0402尺寸的电容以减小电感。
• 至少10 μF的大容量电容应放置在电源转换器输入（(V_{DD})）和输出（(VISOOUT)）引脚的10 nF电容之后，距离为2 - 4 mm。
• (V_{DD})和GND1的走线在到达旁路电容之前应保持对称，(VISOOUT)和GND2的走线也应如此。
• 在电源引脚之间放置两个0402尺寸的铁氧体磁珠，一个在(VISOOUT)和(V_{ISOIN})之间，另一个在GND2（引脚11）和GND2（引脚15）之间，以增加高频噪声的阻抗。
• 避免在电源转换器输出端子(VISOOUT)（引脚12）和GND2（引脚11）周围4 mm范围内有任何金属走线或接地层。
• 将CAN总线保护和滤波电路靠近总线连接器放置，以防止瞬变、ESD和噪声传播到电路板上。
• 在总线端子（CANH/CANL）上使用共模扼流圈或铁氧体磁珠可以减少高频噪声的耦合，提高系统级的辐射发射性能。

3. 典型应用电路

ISOW1044适用于板空间有限且需要更高集成度的应用，以及高压应用场景。它可以与主机微控制器或FPGA配合使用，用于实现CAN协议的链路层部分。在典型应用中，需要注意总线终端的设置，以及外部组件的使用。例如，若应用需要使用共模扼流圈（CMC），则必须使用瞬态电压抑制器（TVS）才能实现8 kV的IEC ESD。

五、总结与展望

ISOW1044作为一款高性能的隔离式CAN FD收发器，凭借其出色的通信速率、集成的DC - DC转换器、完善的故障保护功能和高可靠性，在工业自动化、汽车电子等领域具有广阔的应用前景。在设计应用过程中，我们需要充分考虑其电源供应、布局设计等要点，以确保其性能的充分发挥。随着技术的不断发展，相信ISOW1044会不断优化和完善，为电子工程师们提供更加优质的解决方案。你在使用CAN收发器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。