Cổng giao tiếp bus CANopen và các cân nhắc thiết kế
CAN bus là một mạng truyền thông nối tiếp có hiệu quả hỗ trợ điều khiển phân tán và điều khiển thời gian thực. Nó đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển tự động cho hiệu suất cao và độ tin cậy cao. Để nâng cao khả năng lái xe của hệ thống và tăng khoảng cách truyền thông, Philips 82C250 được sử dụng trong các ứng dụng thực tế là giao diện giữa bộ điều khiển CAN và bus vật lý, tức là bộ thu CAN để nâng cao khả năng truyền dẫn khác nhau của bus và CAN điều khiển. Khả năng nhận vi sai của thiết bị. Để nâng cao hơn nữa khả năng chống nhiễu, một mạch cách ly quang thường được thiết lập giữa bộ điều khiển CAN và bộ thu phát. Nguyên tắc mạch giao diện bus CAN điển hình được hiển thị như trong Hình 1.
Hình.1 Giao diện CAN bus điển hình Vẽ mạch vi mạch
1 vấn đề chính trong thiết kế mạch giao diện
1.1 Mạch cách ly quang
Mặc dù mạch quang cô lập có thể nâng cao khả năng chống nhiễu của hệ thống, nó cũng làm tăng thời gian trễ truyền dẫn của tín hiệu vòng lặp hiệu quả của bus CAN, dẫn đến giảm tỷ lệ truyền thông hoặc khoảng cách. 82C250 và các mô hình khác của bộ thu CAN có khả năng miễn nhiễm ngay, giảm nhiễu tần số vô tuyến (RFI) và bảo vệ nhiệt. Các mạch hạn chế hiện tại cũng cung cấp thêm bảo vệ bus. Do đó, nếu khoảng cách truyền dẫn trường ngắn và nhiễu điện từ nhỏ thì không thể áp dụng cách ly quang học để hệ thống có thể đạt được tốc độ truyền thông cao nhất hoặc khoảng cách, và mạch giao diện có thể được đơn giản hóa. Nếu môi trường trường đòi hỏi sự cách ly quang, các bộ cách ly quang phổ tốc độ cao nên được sử dụng để giảm thời gian trễ lan truyền của tín hiệu vòng lặp hiệu quả của CAN bus. Ví dụ, bộ chuyển đổi quang điện tốc độ cao 6N137 có sự chậm trễ tuyên truyền ngắn là 48 ns, gần với mạch TTL. Mức độ chậm trễ.
1.2 Cách ly Nguồn điện
Việc cung cấp điện Vdd và Vcc được sử dụng trên cả hai mặt của thiết bị cô lập quang điện phải được cô lập hoàn toàn. Nếu không, sự cô lập quang điện sẽ mất chức năng thích hợp của nó. Việc cách ly nguồn cung cấp năng lượng có thể đạt được bằng mô đun cách ly DC / DC có công suất thấp, chẳng hạn như mô đun DC / DC cách ly điện áp thấp 5 V với tiêu chuẩn pin DIP-14.
1.3 Điện trở kéo lên
Đầu vào dữ liệu đầu vào truyền tải TXD của bộ thu phát CAN 82C250 trong FIG. 1 được nối với đầu ra OUT của bộ lấy mẫu 6N137. Lưu ý rằng TXD phải được kết nối với điện trở kéo R3 cùng một lúc. Một mặt, R3 đảm bảo rằng phototransistor trong 6N137 xuất ra một mức thấp khi nó được bật, và sản lượng một mức cao khi nó được tắt. Mặt khác, đây cũng là yêu cầu của xe buýt CAN. Cụ thể, trạng thái của thiết bị đầu cuối TXD 82C250 xác định tình trạng của các đầu vào / đầu ra Cáp CAN cao và thấp CANH, CANL (xem Bảng 1). Đặc tả bus CAN cho biết rằng xe buýt nên lùi trong thời gian nhàn rỗi. Đó là, trạng thái mặc định của các nút trong mạng CAN là suy thoái. Điều này đòi hỏi rằng trạng thái mặc định của phía TXD của 82C25O là logic 1 (cấp cao). Vì lý do này, R3 phải đảm bảo rằng trạng thái của đầu cuối TXD là logic 1 (mức cao) khi không có dữ liệu nào được truyền đi hoặc tình trạng bất thường xảy ra.
| Trạng thái TXD | Cấp CANH (V) | Cấp CANL (V) | Trạng thái xe buýt CAN |
| 1 | 2,5 | 2,5 | Suy thoái (logic 1) |
| 0 | 3,5 | 1,5 | Dominant (logic 0) |
1.4 Phù hợp trở kháng Bus
Hai điện trở 120Ω phải được nối vào cuối buýt CAN. Chúng đóng một vai trò quan trọng trong việc kết hợp trở kháng của bus và không thể bỏ qua. Nếu không, độ tin cậy và chống nhiễu của truyền thông dữ liệu bus sẽ giảm đáng kể và thậm chí không thể truyền thông.
1.5 Các biện pháp chống mài mòn khác
Để cải thiện khả năng miễn nhiễm nhiễu của mạch giao diện, hãy xem xét các biện pháp sau:
(1) Kết nối hai tụ điện nhỏ 30 pF song song giữa các cổng CANH và CANL của 82C25O và mặt đất để lọc nhiễu tần số cao trên xe buýt và ngăn bức xạ điện từ.
(2) Kết nối điện trở 5Ω giữa các khe CANH và CANL của 82C250 và CANbus để hạn chế dòng điện và bảo vệ 82C250 khỏi dòng quá dòng.
(3) Thêm 100 nF tách tụ điện giữa các thiết bị đầu cuối cung cấp điện của 82C25O, 6N137 và các mạch tích hợp khác và mặt đất để giảm nhiễu.
2. Kết luận
Mạch giao diện là một phần quan trọng của mạng CAN bus. Độ tin cậy và bảo mật của nó trực tiếp ảnh hưởng đến hoạt động của toàn bộ mạng truyền thông. Bài báo này tóm tắt một số vấn đề chính cần lưu ý trong thiết kế mạch giao diện CAN. Chỉ bằng cách nắm bắt chìa khoá trong thiết kế chúng ta có thể nâng cao chất lượng và hiệu suất của nhiều mạch giao diện và đảm bảo rằng mạng CAN bus hoạt động an toàn và tin cậy.