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技术文章:如何做好通信总线的隔离防护

2018-10-10来源: EEWORLD 要害字:通信总线

CAN与485都是工业通信中常用的现场总线,做好通信总线的隔离防护是产物可靠、稳定的重要前提。如何做好通信总线的隔离防护呢?

 

一、为什么要隔离?

 

目前大多数产物对外通讯部门可总结为:MCU+收发器+外部总线,其中大多数常用的MCU   都集成有CAN或UART链路层控制器。从MCU发出的电平信号一般为5V或3.3V,为到达与总线连接和远传的目的,往往需要在MCU与总线间加收发器,它起到电平转换的作用。

 

 

图1  通例通信

 

接纳总线通信方式一定涉及到外部通信走线,CAN和458总线往往需要做数百米的布线。总线越长、经过的情况越庞大越容易泛起通信问题。外部情况中庞大多变的电磁场会间接抬高总线的电势,静电、浪涌、短路等会直接作用到通信线上。以上情况的泛起,轻则导致收发器损坏,重则造成主板故障。因此,与总线连接前加入隔离是十分须要的。

 

二、如何隔离?

 

   隔离的要领及原理与I/O隔离相似,差异的是通信隔离需要考虑到隔离器件对通信信号的影响,不妥的隔离往往导致通信中断或通信不畅。对收发器来说,隔离可以从两方面入手,通信隔离和供电隔离。

 

目前主流的通信隔离方案为光耦、容耦及礠耦,隔离特点上光耦接纳光的形式进行信号通报,容耦通过电场的形式进行传输,磁偶接纳磁场形式进行传输。供电隔离接纳微功率DC-DC隔离电源,使输入与输出之间没有电气连接,制止供电端对收发器的影响。

 

 

图2 电源与通信双隔离

 

具体来讲,隔离可以从两个渠道实现:接纳分立元器件搭建或接纳集成模块。接纳分立模块搭建往往涉及到许多器件的选型及采购,实现起来较为麻烦且难保证该部门在产物上的一致性。基于此,集供电隔离、通信隔离一体的隔离收发器模块应运而生,紧凑的体积使他在应用便捷的同时占用更少的PCB面积。

 

 

图3  高度集成的隔离收发器

 

三、增加防护品级

 

隔离收发器能为后级主板提供绝对的隔离防护,但同时自身也需要防护,因为隔离收发器被损坏通讯也将中断。以CTM8251K(A)T为例,它的浪涌品级可以到达IEC/EN 61000-4-5 共模/差模±2kV,足以应对绝大部门工业场所。从可靠性上考虑,纵然在恶劣情况中选用隔离收发器,我们仍建议您在外围添加掩护电路。

 

其中GDT置于最前端,提供一级防护,当雷击、浪涌发生时,GDT瞬间到达低阻状态,为瞬时大电流提供泄放通道,将CAN_H、CAN_L间电压钳制在二十几伏规模内。实际取值可凭据防护品级及器件成本综合考虑进行调整,R3 与 R4 建议选用 PTC,D1~D6 建议选用快恢复二极管。

 

 

图4  增加防护品级

 

 

图5  选用器件参数(仅供参考)

 

上图所示的接口电路虽然能够提供有效的防护,但是需要引入较多的电子器件,这也就意味着接口电路将占用更多的PCB空间,若器件参数选择不合适易造成EMC问题。有没有更好的措施呢?致远电子已经为小同伴们设计了专业的信号浪涌抑制器SP00S12,该模块直接将总线浪涌品级提高到IEC61000-4-5±4KV。

 

 

图6  浪涌抑制实测

 

SP00S12可用于种种信号传输系统,抑制雷击、浪涌、过压等有害信号,对设备信号端口进行掩护,尤为适合 CAN、RS-485 等通信领域的浪涌防护。SP00S12损耗小、反映快,通流容量:≤ 500A(8/20μS 模拟雷电波形),满足 IEC/EN61000-4-5 ±4KV 浪涌品级要求。

 

 

图7  SP00S12应用

 

四、ZLG致远电子隔离模块

 

ZLG致远电子推出的模块有隔离电源模块、隔离收发器模块、信号调治模块及协议转换模块。其中电源模块为微功率隔离/非隔离DC-DC模块;隔离收发器模块包罗CAN、465、232模块,CAN与485更是全新上线表贴式小体积型号;总线掩护器就是上文提到的SP00S12。多协议模块是专为MCU外设资源不足时提供的,包罗UART/SPI转CAN、SPI转485等等。

 

 

图8  协议转换模块

 

ZLG致远电子隔离模块目前已通过国际权威认证,包罗美国UL认证、欧盟CE认证以及CB认证。测试项目主要分为两部门,EMC及安规测试。EMC测试主要包罗辐射(EMI)与抗扰(EMS),辐射测试项目具体如下所示:

 

多媒体设备的电磁兼容性发射要求(EN 55032-2015);

 

电磁兼容性(EMC).第3部门:极限值.第2节:谐波电流辐射的极限值(EN 61000-3-2:2014);

 

电磁兼容性(EMC).第3-3部门:限值.每相额定电流小于即是16 A、不受条件限制的连接设备用公共低压供电系统电压变化、电压颠簸和闪烁的限制(IEC 61000-3-3-2013)。


 

 

 

 

 

 


要害字:通信总线

编辑:muyan 引用地址:/wltx/2018/ic-news101021091.html
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