【導讀】"時間至關重要"——這個古老的慣用語可以應用于任何領域，但當應用于現(xiàn)實世界信號的采樣時，它是我們工程學科的支柱。當嘗試降低功耗、實現(xiàn)時序目標并滿足性能要求時，必須考慮測量信號鏈選擇何種ADC架構類型：∑-Δ還是逐次逼近寄存器(SAR)。一旦選擇了特定架構，系統(tǒng)設計人員便可創(chuàng)建所需的電路以獲得必要的系統(tǒng)性能。此時，設計人員需要考慮其低功耗精密信號鏈的最重要時序因素。
工業(yè)市場正在迅速發(fā)展，新興技術正在滿足不斷增長的創(chuàng)新和效率需求。工業(yè)應用使用多種不同的接口（包括以太網(wǎng)、RS-485 和控制器局域網(wǎng) (CAN)）在不同的設備之間傳輸時間敏感型數(shù)據(jù)。在選擇要使用的接口時，設計人員必須考慮許多不同的目標，進行權衡。
CAN 是最早可在惡劣和嘈雜的工業(yè)環(huán)境中提供可靠數(shù)據(jù)通信的協(xié)議之一，至今仍然廣受歡迎。CAN 收發(fā)器可提供 CAN 協(xié)議的物理層，具有高功效、高數(shù)據(jù)速率和小物理尺寸特性，同時保持穩(wěn)健可靠，是許多工業(yè)應用的理想選擇。在本文中，我們將介紹 CAN 收發(fā)器的優(yōu)勢，并討論它們在更大限度地提高工業(yè)應用效率方面的作用。
圖 1 展示了通常使用 CAN 收發(fā)器來傳輸數(shù)據(jù)的各種工業(yè)應用。
圖 1. 光伏逆變器、不間斷電源 (UPS)、HVAC 系統(tǒng)、可編程邏輯控制器和儲能系統(tǒng)都依賴 CAN
保障工業(yè)環(huán)境中的通信：CAN 收發(fā)器的作用
CAN 收發(fā)器在工業(yè)自動化系統(tǒng)中至關重要，因為它們使傳感器、控制器和執(zhí)行器等器件能通過將數(shù)字信號轉換為可在總線上長距離發(fā)送的模擬差分信號進行通信。收發(fā)器可確保數(shù)據(jù)可靠傳輸，并能保護網(wǎng)絡，以免遭受電氣損壞。這使得數(shù)據(jù)交換更高效，通信更準確。因此，在工業(yè)應用中選擇新款 CAN 收發(fā)器時，可靠性、小尺寸以及低功耗至關重要。
我們來討論一下穩(wěn)健性在工業(yè)環(huán)境中的重要性。電壓尖峰、瞬變和靜電放電 (ESD) 等電氣危害是工業(yè)環(huán)境中的常見干擾源。裝配線、機器人和自動化系統(tǒng)等易受 ESD 影響的區(qū)域或產品中的器件需要在其 CAN 收發(fā)器中配備 ESD 保護，以確保網(wǎng)絡安全。將 ESD 保護集成到 CAN 收發(fā)器中有助于確保它能夠承受高壓放電而不發(fā)生故障。此外，工業(yè)應用通常使用較長的 CAN 總線電纜，但是，這會增加發(fā)生總線故障的風險，例如短路和過壓情況。連接到此類擴展網(wǎng)絡的設備需要具有高總線故障保護功能的收發(fā)器。如果沒有這種保護，這些故障可能會損壞收發(fā)器，并可能通過整個網(wǎng)絡傳播，從而導致通信中斷和系統(tǒng)停機。
目前，各種產品都使用 CAN 接口，例如工業(yè)可編程邏輯控制器 (PLC)、電機驅動器、遠程傳感器和執(zhí)行器。工業(yè) PLC 控制多個工業(yè)過程，通常連接到廣泛的傳感器網(wǎng)絡，導致總線電纜長度較長。電機驅動器可控制大功率電機，這可能會導致 CAN 總線上出現(xiàn)電壓尖峰和瞬變。在這兩種情況下，為 CAN 收發(fā)器提供可靠的總線故障保護至關重要。遠程傳感器和執(zhí)行器通常位于網(wǎng)絡的外圍，因此可能暴露于環(huán)境中的靜電，需要強大的 ESD 保護。
在可以覆蓋長距離的工業(yè)環(huán)境中，接地電勢差和共模噪聲累積可能導致信號衰減。CAN 收發(fā)器具有更寬的共模范圍，有助于確保在整個網(wǎng)絡中進行可靠的信號傳輸。例如，通常會產生接地環(huán)路電流和共模噪聲的電機驅動需要具有更寬共模范圍的收發(fā)器，以更大限度地減少通信誤差，從而增強電機控制和反饋信號的數(shù)據(jù)完整性。
5V CAN 和 3.3V CAN 收發(fā)器均廣泛用于工業(yè)應用。但是，3.3V CAN 收發(fā)器可提供其他優(yōu)勢，例如無需使用低壓降穩(wěn)壓器 (LDO) 以及 3.3V 微控制器與 5V CAN 收發(fā)器之間的電平轉換電路。此 3.3V CAN 收發(fā)器可簡化系統(tǒng)設計，減少組件數(shù)量，并使最終產品更加緊湊。此外，移除 LDO 可降低總體系統(tǒng)成本。圖 2 展示了 3.3V 微控制器和 3.3V CAN 收發(fā)器運行的典型配置。
圖 2. 3.3V CAN 收發(fā)器應用原理圖
在功耗方面，3.3V CAN 收發(fā)器的效率高于傳統(tǒng)的 5V CAN 收發(fā)器。此外，TCAN3414 等 3.3V CAN 收發(fā)器的關斷功能可以進一步降低電流，從而延長電池供電應用或具有嚴格功率限制的器件的電池壽命。
圖 3 展示了在一個網(wǎng)絡中無縫運行的 3.3V 和 5V CAN 收發(fā)器。采用 3.3V 電源供電的 CAN 收發(fā)器，例如 TI 的 TCAN3413 和 TCAN3414，完全可以與 5V CAN 收發(fā)器進行互操作。有關更多詳細信息，請參閱白皮書通過汽車 EMC 認證的 3.3V CAN 收發(fā)器。
圖 3. 包含 3.3V 和 5V CAN 收發(fā)器的典型 CAN 網(wǎng)絡
結語
TCAN3413 和 TCAN3414 等 3.3V CAN 收發(fā)器可幫助設計人員實現(xiàn)在工業(yè)環(huán)境中高效運行的可靠接口。此類收發(fā)器提供了多種功能，可以防止工業(yè)環(huán)境中的各種問題。這些器件在總線上提供符合國際電工委員會 IEC-61000-4-2 標準的高達 ±10kV 的 ESD 保護、±58V 的高總線故障保護以及 ±30V 的寬接收器共模輸入電壓范圍。這些特性有助于您優(yōu)化設計，增強可靠的通信功能，同時節(jié)省布板空間和系統(tǒng)成本。
關于德州儀器 (TI)
德州儀器是一家全球性的半導體公司，從事設計、制造和銷售模擬和嵌入式處理芯片，用于工業(yè)、汽車、個人電子產品、通信設備和企業(yè)系統(tǒng)等市場。我們致力于通過半導體技術讓電子產品更經濟實用，讓世界更美好。如今，每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎上，使我們的技術變得更可靠、更經濟、更節(jié)能，從而實現(xiàn)半導體在電子產品領域的廣泛應用。
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