ISO1042隔離式CAN收發(fā)器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在工業(yè)控制、汽車電子等眾多領(lǐng)域，CAN總線憑借其高可靠性、實(shí)時(shí)性和抗干擾能力，成為了設(shè)備間通信的重要手段。而ISO1042隔離式CAN收發(fā)器作為一款關(guān)鍵的通信器件，為CAN總線系統(tǒng)提供了更強(qiáng)大的功能和更高的安全性。本文將深入探討ISO1042的特性、應(yīng)用場(chǎng)景以及設(shè)計(jì)過(guò)程中的要點(diǎn)。

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ISO1042特性剖析

通信標(biāo)準(zhǔn)與速率支持

ISO1042符合ISO 11898 - 2:2016和ISO 11898 - 5:2007物理層標(biāo)準(zhǔn)，這使得它能夠廣泛應(yīng)用于各種遵循這些標(biāo)準(zhǔn)的CAN網(wǎng)絡(luò)中。它不僅支持經(jīng)典的最高1Mbps的CAN通信速率，還支持最高5Mbps的靈活數(shù)據(jù)速率（CAN FD），相比經(jīng)典CAN，CAN FD模式可實(shí)現(xiàn)更為快速的載荷傳輸，滿足了對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

保護(hù)功能強(qiáng)大

• 總線故障保護(hù)：具備±70V直流總線故障保護(hù)電壓，能夠有效應(yīng)對(duì)總線出現(xiàn)的過(guò)壓故障，保護(hù)設(shè)備免受損壞。例如，在工業(yè)環(huán)境中，總線可能會(huì)受到各種電氣干擾，導(dǎo)致電壓異常升高，ISO1042的這一保護(hù)功能就可以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。
• ESD容差：總線引腳的HBM ESD容差達(dá)到±16kV，這使得器件在面對(duì)靜電放電時(shí)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，減少了因靜電引起的故障和損壞。
• 驅(qū)動(dòng)器顯性超時(shí)（TXD DTO）：該功能可以防止在硬件或軟件故障時(shí)，TXD引腳長(zhǎng)時(shí)間處于顯性狀態(tài)而阻塞網(wǎng)絡(luò)通信。當(dāng)TXD引腳保持顯性狀態(tài)超過(guò)預(yù)設(shè)的超時(shí)時(shí)間時(shí)，DTO電路會(huì)禁用CAN總線驅(qū)動(dòng)器，釋放總線供其他節(jié)點(diǎn)通信。
• 欠壓保護(hù)：$V{CC1}$ 和$V{CC2}$ 欠壓保護(hù)功能可以在電源電壓不足時(shí)，將設(shè)備置于保護(hù)或默認(rèn)模式，避免因不穩(wěn)定的電源供應(yīng)導(dǎo)致的錯(cuò)誤傳輸。

電氣性能優(yōu)越

• 低環(huán)路延遲：環(huán)路延遲僅為152ns，這使得數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的延遲極小，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。在對(duì)實(shí)時(shí)性要求極高的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，低環(huán)路延遲可以確保控制指令的及時(shí)響應(yīng)，提高生產(chǎn)效率。
• 寬共模電壓范圍：共模電壓范圍達(dá)到±30V，能夠適應(yīng)不同的電氣環(huán)境，減少了共模干擾對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?/li>
• 高CMTI：CMTI（共模瞬態(tài)抗擾度）高達(dá)100kV/μs，這意味著器件在面對(duì)快速變化的共模電壓時(shí)，能夠保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，有效抑制共模干擾。
• 電源電壓靈活性：$V{CC1}$ 電壓范圍為1.71V至5.5V，支持連接到CAN控制器的1.8V、2.5V、3.3V和5.0V邏輯接口；$V{CC2}$ 電壓范圍為4.5V至5.5V，這種電源電壓的靈活性使得ISO1042能夠與各種不同電壓的設(shè)備兼容。

電磁兼容性良好

ISO1042具有優(yōu)異的電磁兼容性（EMC），包括系統(tǒng)級(jí)ESD、EFT和浪涌抗擾性，以及低輻射特性。這使得它在復(fù)雜的電磁環(huán)境中能夠穩(wěn)定工作，減少對(duì)其他設(shè)備的干擾，同時(shí)也能抵抗外界的電磁干擾。

封裝與認(rèn)證豐富

提供16 - SOIC和8 - SOIC封裝選項(xiàng)，方便不同的應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。此外，還有可用的汽車版本ISO1042 - Q1，適用于汽車電子等對(duì)可靠性要求較高的領(lǐng)域。并且，該器件獲得了多項(xiàng)安全相關(guān)認(rèn)證，如符合DIN VDE V 0884 - 11:2017 - 01標(biāo)準(zhǔn)的$7071V{PK} V{IOTM}$ 和$1500V{PK} V{IORM}$（增強(qiáng)型和基本型選項(xiàng)）、UL 1577標(biāo)準(zhǔn)下長(zhǎng)達(dá)1分鐘的$5000V_{RMS}$ 隔離、IEC 60950 - 1、IEC 60601 - 1和EN 61010 - 1認(rèn)證以及CQC、TUV和CSA認(rèn)證等，為產(chǎn)品的安全性和可靠性提供了保障。

應(yīng)用場(chǎng)景廣泛

工業(yè)控制領(lǐng)域

在交流和伺服驅(qū)動(dòng)器、PLC和DCS通信模塊、工業(yè)電源等工業(yè)控制設(shè)備中，ISO1042的高可靠性、抗干擾能力和寬共模電壓范圍使其成為理想的選擇。它能夠確保設(shè)備間的穩(wěn)定通信，提高工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率。

能源領(lǐng)域

在光伏逆變器、電池充電和管理系統(tǒng)中，ISO1042可以有效隔離不同電路之間的電氣連接，防止干擾和故障的傳播，提高能源轉(zhuǎn)換和管理的效率和安全性。

交通運(yùn)輸領(lǐng)域

在升降機(jī)和自動(dòng)扶梯等設(shè)備中，ISO1042的快速數(shù)據(jù)傳輸能力和保護(hù)功能可以確保設(shè)備的安全運(yùn)行和實(shí)時(shí)監(jiān)控，為乘客提供可靠的服務(wù)。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

電源設(shè)計(jì)

為了確保ISO1042在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下都能可靠運(yùn)行，建議在輸入和輸出電源引腳（$V{CC1}$ 和$V{CC2}$）處使用0.1 - μF的旁路電容，并將其盡可能靠近電源引腳放置。此外，在$V_{CC2}$ 電源引腳附近還應(yīng)放置一個(gè)典型值為4.7 μF的大容量電容。如果應(yīng)用中只有單個(gè)初級(jí)側(cè)電源，可借助變壓器驅(qū)動(dòng)器（如TI的SN6505B）為次級(jí)側(cè)生成隔離電源。

總線設(shè)計(jì)

• 總線負(fù)載、長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)數(shù)量：ISO 11898 - 2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了最大總線長(zhǎng)度為40m和最大分支長(zhǎng)度為0.3m，但通過(guò)精心設(shè)計(jì)，用戶可以使用更長(zhǎng)的電纜、更長(zhǎng)的分支長(zhǎng)度和更多的節(jié)點(diǎn)。ISO1042具有較高的輸入阻抗，理論上支持在單個(gè)總線段上連接多達(dá)100個(gè)收發(fā)器，但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要考慮信號(hào)損失、寄生負(fù)載、網(wǎng)絡(luò)不平衡、接地偏移和信號(hào)完整性等因素，因此實(shí)際的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)量通常要低得多。
• CAN終端匹配：ISO11898標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定互連應(yīng)使用具有120 - Ω特性阻抗的單根雙絞線電纜（屏蔽或非屏蔽），應(yīng)使用等于線路特性阻抗的電阻來(lái)端接電纜的兩端，以防止信號(hào)反射。未端接的分支線應(yīng)盡可能短，以減少信號(hào)反射。如果需要對(duì)總線的共模電壓進(jìn)行濾波和穩(wěn)定，可以使用分割終端匹配。

PCB布局設(shè)計(jì)

• 層疊結(jié)構(gòu)：為了實(shí)現(xiàn)低EMI的PCB設(shè)計(jì)，建議使用至少四層的電路板，層疊順序應(yīng)為高速信號(hào)層、接地層、電源層和低頻信號(hào)層。
• 布線規(guī)則：將高速走線布置在頂層，避免使用過(guò)孔，以減少電感的引入，并確保隔離器與數(shù)據(jù)鏈路的發(fā)射器和接收器電路之間的互連清晰。將實(shí)心接地層放置在高速信號(hào)層旁邊，為傳輸線互連建立受控阻抗，并為回流電流提供低電感路徑。將電源層放置在接地層旁邊，可創(chuàng)建約$100 pF / in^{2}$ 的額外高頻旁路電容。將低速控制信號(hào)布線在底層，以提供更大的靈活性。
• 電容和二極管放置：建議將$V{CC2}$ 旁路電容放置在頂層，并盡可能靠近器件引腳，避免使用過(guò)孔連接到$V{CC2}$ 和$GND2$ 引腳。對(duì)于SOIC - 16封裝，需要在每個(gè)$V_{CC2}$ 引腳處放置一個(gè)旁路電容。

總結(jié)

ISO1042隔離式CAN收發(fā)器以其卓越的性能、豐富的保護(hù)功能和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，為CAN總線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要充分考慮其特性和要求，合理進(jìn)行電源設(shè)計(jì)、總線設(shè)計(jì)和PCB布局設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和高性能。你在使用ISO1042的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。