can 匯流排是一種有效支援分布式控制和實時控制的序列通訊網路,以其高效能和高可靠性在自動控制領域得到了廣泛的應用。為提高系統的驅動能力,增大通訊距離,實際應用中多採用philips公司的82c250作為can控制器與物理匯流排間的介面,即can收發器,以增強對匯流排的差動傳送能力和對can控制器的差動接收能力。為進一步增強抗干擾能力,往往在can 控制器與收發器之間設定光電隔離電路。
典型的can匯流排介面電路原理如圖1所示。
圖1 典型的can匯流排介面電路原理圖
1 介面電路設計中的關鍵問題
1.1 光電隔離電路
光電隔離電路雖然能增強系統的抗干擾能力,但也會增加can匯流排有效迴路訊號的傳輸延遲時間,導致通訊速率或距離減少。82c250等型號的can收發器本身具備瞬間抗干擾、降低射頻干擾(rfi)以及實現熱防護的能力,其具有的電流限制電路還提供了對匯流排的進一步保護功能。因此,如果現場傳輸距離近、電磁干擾小,可以不採用光電隔離,以使系統達到最大的通訊速率或距離,並且可以簡化介面電路。
如果現場環境需要光電隔離,應選用高速光電隔離器件,以減少can匯流排有效迴路訊號的傳輸延遲時間,如高速光電耦合器 6n137,傳輸延遲時間短,典型值僅為48 ns,已接近ttl電路傳輸延遲時間的水平。
1.2 電源隔離
光電隔離器件兩側所用電源vdd與vcc必須完全隔離,否則,光電隔離將失去應有的作用。電源的隔離可通過小功率dc/dc電源隔離模組實現,如外形尺寸為dip-14標準腳位的5 v 雙路隔離輸出的小功率dc/dc模組。
1.3 上拉電阻
圖1中的can收發器82c250的傳送資料輸入端txd與光電耦合器6n137的輸出端 out相連,注意txd必須同時接上拉電阻r3。一方面,r3保證6n137中的光敏三極體導通時輸出低電平,截止時輸出高電平;另一方面,這也是can 匯流排的要求。具體而言,82c250的txd端的狀態決定著高、低電平can 電壓輸入/輸出端canh、canl的狀態(見表1)。
can匯流排規定,匯流排在空閒期間應呈隱性,即can 網路中節點的預設狀態是隱性,這要求82c25o的txd端的預設狀態為邏輯1(高電平)。為此,必須通過r3確保在不傳送資料或出現異常情況時,txd 端的狀態為邏輯1(高電平)。
表1 txd與canh、canl的關係表
1.4 匯流排阻抗匹配
can匯流排的末端必須連線2個120ω的電阻,它們對匯流排阻抗匹配有著重要的作用,不可省略。否則,將大大降低匯流排資料通訊時的可靠性和抗干擾性,甚至有可能導致無法通訊。
1.5 其它抗干擾措施
為提高介面電路的抗干擾能力,還可考慮以下措施：
(1)在82c25o的canh、canl端與地之間併聯2個30 pf的小電容 ,以濾除匯流排上的高頻干擾,防止電磁輻射。
(2)在82c250的canh、canl端與can匯流排之間各串聯1個5ω的電阻,以限制電流,保護82c250免受過流衝擊。
(3)在82c25o、6n137等積體電路的電源端與地之間加入1個100 nf的去耦合電容,以降低干擾。
2.結語
介面電路是can 匯流排網路中的重要環節,其可靠性與安全性直接影響整個通訊網路的執行。本文總結了can介面電路設計中應注意的幾個關鍵問題。只有抓住設計中的關鍵,才能提高多介面電路的質量與效能,確保can匯流排網路安全、可靠地執行。
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