如何解决CAN总线采用了隔离方案后的通讯异常

各位工程师对于CAN总线隔离方案想必都极为熟悉，但可能会遇到CAN总线采用了隔离方案依旧通讯异常的情况。这一类问题应该怎么解决呢？本文将对各类方案电路原理为大家分析原因并提供相应解决方案。

常见主流收发器芯片

随着汽车电子和工业的迅猛发展，CAN总线被广泛的应用各行各业的总线通信上。半导体行业的不断更新，早期的CAN收发器已经不能满足现在的需求，世界上CAN收发器的生产公司，也在不断地进行技术更新，推出性能更好的CAN收发器。

目前主流的CAN收发器是PCA82C250／251，TJA1040／1050T／1051以及ZLG的CTM系列与SC系列隔离CAN模块等。

PCA82C250／251是最早期的CAN收发器，采用的是三极管构架的，在电磁辐射和斜率控制上不是很理想，高速CAN上容易出现下冲；

TJA1040／1050T／1051和MC33901基本性能参数优良；

ZLG的CTM隔离CAN模块是集成了CAN收发器、电源及信号隔离于一体。

总线隔离方案

为保证CAN网络的通讯稳定性，通讯接口通常会做隔离，目前隔离CAN的方案包括两种，其一，采用收发器芯片、隔离芯片以及隔离电源分立搭建隔离CAN电路，电路简图如下图所示。

采用分立的方案搭建，从物料成本来判断，较为节约成本，但隔离电路的稳定性和一致性不好保证，需要工程师自主要调节到好电路的隔离效果，在研发投入以及后期的物料管理等方面需要进行相应投入。全隔离模块方案相比于分立芯片的价格偏高，但在会经过一系列的可靠性与EMC测试，能够保证在产品性能的一致性与稳定性。

为什么隔离总线接口还需要保护

目前，工业产品对通信接口的EMC等级要求越来越高。许多应用要求满足IEC61000－4－2静电放电4级，IEC61000－4－5浪涌抗扰4级要求。一般的收发器ESD、浪涌的防护等级均比较低，如CTM1051M隔离CAN收么器的隔离耐压为2500VDC，裸机情况下，ESD、浪涌等级均较低。所以有必要增加外围电路，提高通信端口的EMC等级。

总线接口保护电路

方案一

结合隔离收发器的特性，此处提供了一个隔离CAN、485收发器的外围保护电路，如下图。

此保护电路主要由气体放电管、限流电阻、TVS管、共模电感组成。气体放电管GDT用于吸收大部分浪涌能量；限流电阻R2、R3限制流过TVS管的电流，防止流过TVS管的电流过大损坏TVS管；TVS管将收发器引脚之间的电压限制在TVS的钳位电压，保护后级收发器芯片。T1用于抑制收发器对外界造成的传导骚扰，并抑制部分共模干扰。此保护电路可以有效地抑制共模浪涌及差模浪涌。电路推荐参数如下表所示，根据此表的推荐参数，可满足IEC61000－4－2，IEC61000－4－5 4级要求。

方案二

方案一的电路中，TVS管的结电容较大，可达到上百皮法，并不适合节点数较多的应用场合。如果总线节点数较多，建议增加快恢复二极管，如HFM107，以降低结电容对通信造成的影响，如下图所示。

上图中，D1～D4四个快恢复二极管组成一个桥式结构，与TVS1结合实现总线对差模浪涌信号的抑制。D5、D6实现共模浪涌信号的抑制。

实际应用中，若总线参考地与大地有绝缘电阻要求，可将R1、C1更换为气体放电管，如2RM090L。

本文给出的隔离收发器保护电路，仅作为参考设计。实际的总线应用复杂，外围保护电路也需要根据总线节点数、总线长度等因素进行实际调整，才能达到满意的保护效果。

方案三

可以采用ZLG的SP00S12浪涌保护模块，可用于各种信号传输系统，抑制雷击、浪涌、过压等有害信号，对设备信号端口进行保护。搭配ZLG的全隔离CTM或SC系列的隔离CAN收发器，可极大程度的提升产品的集成度，于此同时极大程度的缩小开发周期。

方案四

ZLG在总线隔离方面已经有近二十年的设计经验积累，全新推出了内部集成了高防护电路的隔离CAN模块CTM1051（A）HP，再度提升了模块的防护能力，EMC防护等级较常规方案性能实现极大提升，如下表所示。