Transceiver für CAN-Bus-Netzwerke. Vergleichsdaten

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Referenzmaterialien

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Das Industrienetzwerk CAN-Bus (Controller Area Network) wurde von Robert Bosch für den Einsatz in Echtzeit-verteilten Steuerungssystemen mit Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 2 Mbit/s entwickelt und zunächst ausschließlich in der Automobilindustrie eingesetzt. Hohe Störfestigkeit und Zuverlässigkeit sowie eine große Auswahl an Komponenten großer Hersteller (Fujitsu, Maxim, Motorola, NEC, Siemens, Texas Instruments usw.) haben CAN zu einer Reihe von Software-, Schaltkreis- und Algorithmenlösungen für eine breite Palette von Unternehmen gemacht Anwendungsspektrum - in die CAN-Technologie. Einen wichtigen Platz im CAN-Netzwerk nehmen Transceiver (TCs) ein, die den CAN-Controller und die eigentlichen Leitungen des CAN-Busses verbinden. Schauen wir uns die PPs von MAXIM an, die aufgrund der traditionell hohen Qualität aller Produkte des Unternehmens, der niedrigen Kosten (ca. 2,5 USD) und einer Reihe technologischer Merkmale für Verbraucher interessant sein könnten.

Die Transceiver MAX3050/3057 (Abbildung 1) waren ursprünglich für die Automobilindustrie gedacht, wo Datenraten bis zu 2 Mbit/s und Kurzschlussschutz in Systemen mit hohen Versorgungsspannungen benötigt werden. PPs zeichnen sich durch eine unipolare Versorgung von +5 V, eine Stromaufnahme von 56 mA im aktiven Zustand und 3,6 mA im passiven Zustand aus.

MAX3050/3057-Instrumente arbeiten in vier Modi:

• Hochleistung;
• einstellbare Geschwindigkeit;
• reduzierter Verbrauch;
• stilllegen.

Der Modus wird durch ein Signal mit einem bestimmten Pegel am RS-Pin der Mikroschaltung bestimmt. Der Sender wandelt dann das unipolare Signal des CAN-Controllers in ein differentielles Signal für den CAN-Bus (CANH, CANL) um. Im High-Speed-Modus (der KB-Ausgang wird auf eine gemeinsame Leitung gelegt) erreichen Sie eine Übertragungsrate von 2 Mbit/s.In diesem Modus treten erhöhte elektromagnetische Störungen auf, die durch Verwendung einer geschirmten Doppelader reduziert werden können.

Um den Interferenzpegel ohne die Verwendung von abgeschirmtem Twisted Pair zu reduzieren, können Sie den einstellbaren Geschwindigkeitsmodus verwenden. In diesem Modus wird die Baudrate (40 bis 500 kbps) durch einen Widerstand bestimmt, der zwischen dem RS-Pin und Masse angeschlossen ist. Der Widerstandswiderstand wird nach folgender Formel berechnet:

Um in den Energiesparmodus zu wechseln, müssen Sie einen hohen Pegel an den RS-Pin der Mikroschaltung anlegen. In diesem Fall sind die Sender ausgeschaltet und die Empfänger befinden sich in einem Niedrigleistungszustand. In diesem Modus kann die erste mit hoher Geschwindigkeit übertragene Nachricht verloren gehen.

Der Transceiver MAX3057 schaltet sich aus, wenn ein Signal mit niedrigem Pegel an den SHDN-Pin angelegt wird. Die MAX3050-Software implementiert den von MAXIM entwickelten AutoShutdown-Modus, bei dem der Mikroschaltkreis ausgeschaltet wird, wenn für eine bestimmte Zeit kein Empfang oder keine Übertragung stattfindet. Der Wert dieser Zeit wird durch einen externen Kondensator eingestellt, der mit dem SHDN-Pin verbunden ist, und wird durch die Formel bestimmt:

wo v_SHDN - SHDN-Schwelle.

Durch Anlegen eines High-Pegels an den SHDN-Pin wird der MAX3050 in Betrieb genommen.

Der Empfänger liest das Differenzsignal vom Bus (CANH, CANL) und wandelt es in ein unipolares Signal (RXD) für den CAN-Controller um. Der Komparator am Empfängereingang vergleicht die Spannungsdifferenz ΔV = (CANH-CANL) mit einer internen Schwelle von 0,7 V. Ist die Differenz positiv, dann wird am RXD-Pin ein Low-Pegel-Signal erzeugt, wenn negativ, dann ein High-Pegel Signal erzeugt wird.

In der MAX3050/MAX3057-Software ist der "Echo"-Modus für den Empfänger implementiert, d.h. die übertragenen Daten werden wiederholt.

Der Gleichtaktsignalbereich für die CANH- und CANL-Leitungen liegt zwischen ~7 und +12 V. Im Falle eines Kurzschlusses oder einer Unterbrechung im CANH-CANL-Kreis sowie wenn die Eingangsgleichtaktspannung nicht vorhanden ist Bei mehr als 0,5 V wird am RXD-Pin ein High-Pegel-Signal erzeugt. Wenn die Eingangsspannung mehr als 0,9 V beträgt, ist RXD niedrig.

Die Mikroschaltungen MAX3050/3057 verfügen über zwei Schutzarten. Der erste Typ ist der Wärmeschutz, der den Chip abschaltet und die CANH- und CANL-Leitungen in den dritten Zustand versetzt, wenn die Kristalltemperatur +160 °C überschreitet. Dies ist beispielsweise durch einen Kurzschluss auf dem Bus möglich. Die Hysterese beträgt 20°C, d.h. die umgekehrte Umschaltung erfolgt, wenn die Temperatur auf +140°C sinkt. Die zweite Schutzart ist die Begrenzung des Ausgangsstufenstroms während eines Kurzschlusses.

Eine vereinfachte Version des MAX3050-Chips ist der MAX3053, der keinen Energiesparmodus hat. Ansonsten ist es ein vollständiges Analogon des MAX3050.

MAXIM produziert auch die Mikroschaltungen MAX3054/3055/3056 (deren Blockschaltbild ist in Abb. 2 dargestellt), die für den Einsatz in Automobilsystemen (einschließlich solcher mit einer Bordspannung von 42 V) vorgesehen sind. Ihr Hauptmerkmal ist der Übergang in den Eindraht-Übertragungsmodus bei verschiedenen Fehlern. Die Zuverlässigkeit von Mikroschaltungen wird durch den Wärme- und Stromschutz bestimmt. Der Wärmeschutz ähnelt dem von MAX3050 (Hysterese -15 °C). Der Stromschutz schützt den Senderausgang im Falle eines Kurzschlusses auf dem Bus. Darüber hinaus sind die CANH- und CANL-Leitungen vor Impulsrauschen geschützt, das für die Automobilelektronik typisch ist.

Die Transceiver MAX3054/3055/3056 arbeiten in drei Modi, der Übergang zu jedem von ihnen (und auch der Ausgang) wird durch Anlegen von Steuersignalen an die STB- und EN-Pins eingestellt. Der INH-Pin wird verwendet, um den externen Leistungsregler auszuschalten.

Jede der Mikroschaltungen dieser Familie ist für eine bestimmte Datenübertragungsrate ausgelegt: MAX3054 - 250 kb / s, MAX55 - 125 kb / s, MAX3056 - 40 kb / s. Filter am Eingang der Empfänger sorgen für hohe Störfestigkeit, und die eingebaute Schaltung mit variabler Geschwindigkeit in den Mikroschaltungen MAX3055 und MAX3056 macht ein abgeschirmtes Kabel überflüssig.

Der Betrieb des Empfängers und Senders im Normalmodus ähnelt dem des MAX3050/3057. Wir stellen nur ihre Unterschiede fest.

Für den Betrieb mit einer Autobatterie (einschließlich einer 42-Volt-Batterie) verfügt der Mikroschaltkreis über einen WATT-Ausgang, über den Strom zugeführt wird (bis zu +80 V).

Um den Verbrauch im Standby-Modus zu reduzieren, implementieren die Mikroschaltungen MAX3054-MAX3056 die Funktion der Steuerung einer externen Stromquelle. Beim Eintritt in den Standby-Modus ändert sich das Potenzial am INH-Ausgang in drei Fällen von niedrig auf hoch: während eines „Kaltstarts“, entlang der Flanke oder des Abfalls des Signals am WAKE-Pin und wenn die Dauer des dominanten Signals beträgt mehr als 38 μs bei niedrigen Pegeln an den EN- und STB-Pins. Beim Einschalten geht der INH-Pin auf High und das interne Einschaltflag wird gesetzt. Der Wert dieses Flags kann im Standby-Modus am ERR-Pin (STB = 1, EN = 0) gelesen und bei Rückkehr in den normalen Betriebsmodus zurückgesetzt werden.

Um Informationen über den Zustand der Mikroschaltungen zu erhalten, stellen sie einen ERR-Pin zur Verfügung. Das Signal an diesem Pin wird beim Einschalten, beim Verlassen des Standby-Modus und während eines Fehlerzustands auf „0“ gesetzt. In anderen Fällen ist der ERR-Pin hoch.

Ablehnungen und was mit ihnen zu tun ist

Die Fehlererkennungsschaltung ist im normalen Betriebsmodus vollständig aktiviert. Wenn ein Fehler erkannt wird, wechselt es in den entsprechenden Zustand, wie in der Tabelle gezeigt. 1. Die typische Schwellenspannung beträgt -3,2 V (Vcc = 5 V), um einen korrekten Datenempfang mit geringfügiger Störfestigkeit im Normalmodus oder bei den Fehlern 1, 2, 5 und 9 sicherzustellen.

Tabelle 1

Energiesparmodi

Die Transceiver MAX3054-MAX3056 können in einem von drei Niedrigenergiemodi betrieben werden, die durch Anlegen von Signalen an die STB- und EN-Pins ausgewählt werden (Tabelle 2).

Tabelle 2

Der Standby-Modus (Schlafmodus) ist ein Modus mit minimalem Verbrauch. In diesem Modus wird der externe Spannungsregler ausgeschaltet, indem der INH-Ausgang in den dritten Zustand versetzt wird. Die Vorspannung des CANL-Ausgangs vom Netzteil wird über den RTL-Ausgang zugeführt. Wenn Strom zugeführt wird, wird an den RXD- und ERR-Pins ein Interrupt erzeugt, um das System zu starten.

Der Standby-Modus kann verwendet werden, wenn ein externer Spannungsregler benötigt wird, um den aktiven Zustand bei niedrigem Verbrauch zu halten (ähnlich dem Standby-Modus, aber der INH-Ausgang ist hoch eingestellt).

Einschalt-Bereitschaftsmodus – wenn die Mikroschaltung vom Bereitschaftsmodus in den Einschalt-Bereitschaftsmodus umschaltet, wird der INH-Ausgang auf einen hohen Pegel und vom Bereitschaftszustand auf einen niedrigen Pegel gesetzt.

Funktionen der Anwendung im Netzwerk

Der MAX3054/3055/3056 kann mit insgesamt bis zu 32 Transceivern auf demselben Bus vernetzt werden. Diese Leistungsschalter sind für den Betrieb mit insgesamt 100-Ohm-Abschlusswiderständen (für jede der CANH- und CANL-Leitungen) ausgelegt. Der Wert der Abschlusswiderstände RTL und RTH variiert je nach Anlagengröße. Wenn Sie jedoch keine Berechnungen durchführen möchten, können Sie dieselben Widerstände einsetzen. Es ist wichtig, dass ihr Gesamtwiderstand 100 Ohm nicht überschreitet.

Veröffentlichung: cxem.net

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