在與控製器區域網絡 (CAN) tongxinzongxianhuliandeqichehegongyexitongzhong，shiyongdekongzhiqishuliangzhengzaibuduanzengjia。duiyushejirenyuanlaishuo，zheyiweizhetamenbixukaolvkuanpinlvfanweineidedianzaoshenghuanjing——從高頻輻射電磁幹擾 (EMI) 到共模傳導幹擾，以及電機、繼電器等各種負載的連接和斷開及交流發電機 / 發電機的啟停引起的電壓尖峰。雖然 CAN 總線適用於惡劣的電氣環境，但如果沒有適當的保護
，它們很容易出現各種故障模式。

 

本文說明了 CAN 故障的潛在原因，並介紹了常見的隔離技術。然後文中介紹了來自 Texas Instruments
、RECOM Power、NXP Semiconductors 和 Analog Devices 等供應商的解決方案（設計人員可使用這些解決方案保護 CAN 設備），以及如何有效實施這些解決方案（包括使用評估板）的指導。提供的解決方案包括分立實施方案（即基於單個 CAN 收發器）以及基於單芯片和雙芯片隔離 CAN 總線設計的集成解決方案。

 

故障的原因和隔離的必要性

CAN 總線故障可能由多種原因引起：子係統之間的接地電勢差；共模能量和輻射能量等一般噪聲源；以及配電總線上的高壓噪聲和尖峰。為確保汽車和工業係統中 CAN 總線互連器件的穩健運行，需要兩種隔離類型：

 

與電源總線隔離

連接各子係統的通信總線的隔離

yujichengjiejuefanganxiangbi，dianyuanhexinhaolujingdandugelidejiejuefangantongchangchengbengengdi，xiaolvgenggao。zhexiejiejuefanganhaishishejirenyuannenggouduliyouhualiangtiaolujingdegelidianping。shejirenyuankeziyouxuanzezuishihejutiyingyongdegelijishuleixing。xuanzebaokuocigeli、光隔離和電容隔離。有關各種隔離選擇的詳細討論不在本文的討論範圍內


，但為了更好地了解，請參閱“How to Select the Right Galvanic Isolation Technology for IoT Sensors”。

 

基本電氣絕緣（使用絕緣材料）與(yu)強(qiang)化(hua)絕(jue)緣(yuan)之(zhi)間(jian)也(ye)有(you)區(qu)別(bie)。所(suo)需(xu)的(de)絕(jue)緣(yuan)水(shui)平(ping)取(qu)決(jue)於(yu)所(suo)涉(she)及(ji)的(de)電(dian)壓(ya)電(dian)平(ping)，以(yi)及(ji)是(shi)否(fou)存(cun)在(zai)從(cong)可(ke)接(jie)觸(chu)部(bu)件(jian)到(dao)地(di)麵(mian)的(de)連(lian)接(jie)。基(ji)本(ben)絕(jue)緣(yuan)提(ti)供(gong)一(yi)級(ji)防(fang)電(dian)擊(ji)保(bao)護(hu)。 電壓大於 60 V DC 或 30 V AC 的(de)係(xi)統(tong)視(shi)為(wei)危(wei)險(xian)係(xi)統(tong)
，需(xu)要(yao)至(zhi)少(shao)一(yi)級(ji)保(bao)護(hu)。係(xi)統(tong)不(bu)一(yi)定(ding)具(ju)有(you)故(gu)障(zhang)保(bao)險(xian)措(cuo)施(shi)
，但(dan)任(ren)何(he)故(gu)障(zhang)都(dou)將(jiang)限(xian)製(zhi)在(zai)係(xi)統(tong)內(nei)。強(qiang)化(hua)或(huo)雙(shuang)重(zhong)絕(jue)緣(yuan)可(ke)提(ti)供(gong)兩(liang)級(ji)保(bao)護(hu)。這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)在(zai)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)時(shi)確(que)保(bao)用(yong)戶(hu)的(de)安(an)全(quan)。接(jie)入(ru)市(shi)電(dian)電(dian)壓(ya)的(de)係(xi)統(tong)要(yao)求(qiu)具(ju)有(you)強(qiang)化(hua)絕(jue)緣(yuan)。

 

隔離解決方案之間的設計權衡

CAN 總zong線xian係xi統tong中zhong的de隔ge離li選xuan項xiang包bao括kuo電dian源yuan和he信xin號hao分fen別bie隔ge離li的de分fen立li解jie決jue方fang案an，以yi及ji完wan全quan集ji成cheng的de電dian源yuan和he信xin號hao隔ge離li解jie決jue方fang案an。集ji成cheng解jie決jue方fang案an還hai可ke包bao括kuo相xiang關guan保bao護hu功gong能neng，如ru高gao靜jing電dian放fang電dian (ESD) 魯棒性和射頻 (RF) 抗擾度
，從而使其可以在汽車和工業應用中使用，而無需額外的保護器件
，例如瞬態電壓抑製器二極管。

 

在這些不同的解決方案選項之間存在尺寸與效率的性能權衡。就解決方案尺寸而言，單芯片解決方案是最小的，典型封裝約為 330 平方毫米 (mm2)。雙芯片解決方案較大，通常約為 875 mm2。由於外部 DC-DC 轉換器和所需支持元器件的尺寸，分立解決方案要大得多，典型尺寸約為 1,600 至 2,000 mm2。

 

此外，還有效率的權衡，解決方案越大往往效率明顯更高。但是，由於所涉及的功率水平往往相當低（最高 15 毫安 (mA) 下 3 至 5 V），因此熱衝擊在設計中可能並不重要。單芯片和雙芯片解決方案的效率範圍為 50% 至 60%，使用外部 DC-DC 轉換器的分立隔離解決方案的效率可高達 75% 至 80%。

 

CAN 收發器的分立隔離解決方案

隔離式 CAN 收發器是相對簡單的器件。例如，考慮一下 Texas Instruments 的 ISO1042DWR 隔離式 CAN 收發器，其具有 70 V 總線故障保護和靈活的數據速率（圖 1）。該 ISO1042DWR 器件提供基本或強化隔離選擇。基本 ISO1042 收發器設計用於工業應用。