№7 / 2013 / статья 2

Передача данных в жестких условиях: обзор промышленных интерфейсов TI

Вячеслав Гавриков (г. Смоленск)

Современная жизнь невозможна без использования различных цифровых устройств. Обработка цифровых данных, их передача являются повсеместно распространенными и необходимыми. Они прочно вошли во все сферы жизни: от быта и автомобильной сферы до промышленной автоматизации. Однако очевидно, что разница между бытовыми и промышленными интерфейсами достаточно велика. Это связано с тем, что цена ошибки при передаче данных существенно отличается: потерянный байт при передаче документа по офисной сети не приведет к тяжелым последствиям, потеря же байта на промышленном объекте может привести к последствиям катастрофическим. Именно поэтому следует уделять внимание каждому уровню реализации интерфейса: конструктивному, программному, схемотехническому.

  • Конструктивная реализация промышленных интерфейсов подразумевает защиту от пыли, влаги, вибрации и ударов, увеличенную прочность кабеля, резервирование каналов связи в особенно важных приложениях.
  • Схемотехническая реализация определяется такими требованиями к передатчикам как широкий диапазон рабочих температур, высокая устойчивостью к воздействию электромагнитных помех, работа с длинными (до нескольких километров) линиями связи.
  • Программная реализация протоколов верхнего уровня требует временной детерминированности передачи данных (определение максимально допустимого времени передачи пакета), возможности работы в реальном времени.

 

Разнообразие существующих интерфейсов

Типовая схема обработки/передачи данных промышленного предприятия (рисунок 1), подразумевает наличие нескольких уровней иерархии. На самом низком уровне работают устройства непосредственного управления (контроллеры двигателей, драйверы устройств) и датчики. В общем случае интенсивность обмена данными здесь невелика, но зато именно здесь присутствуют максимальные механические и электромагнитные воздействия. Основная задача — защитить передаваемые данные. На этом уровне, как правило, применяются прямые связи, а не сети. Основными интерфейсами являются HART, IO-LINK, RS-485, RS-232.

 

Модель обработки/передачи данных в промышленных приложениях

 

Рис. 1. Модель обработки/передачи данных в промышленных приложениях

Более высокий уровень — уровень управления. На нем производится сбор и обработка данных, получаемых от устройств нижнего уровня. Для передачи данных здесь, как правило, используются сетевые интерфейсы. При этом объем передаваемых данных значительно возрастает, а уровень электромагнитных и механических воздействий несколько ниже, чем на предыдущем уровне. Основными интерфейсами являются сетевые RS-485, CAN, Industrial Ethernet.

Самый высший уровень — представительский. Через каналы передачи данных (сеть) этого уровня происходит передача максимального объема информации, поэтому основное требование к каналу связи — высокая пропускная способность. Как правило, уровень помех здесь невысок и могут применяться обычные интерфейсы, офисные сетевые технологии (в основном, Ethernet).

Анализ уровней передачи данных показывает, что невозможно иметь всего один универсальный интерфейс передачи данных, так как требования на каждом уровне свои. На низком уровне можно обойтись простейшими несетевыми низкоскоростными интерфейсами, которые обладают высокой надежностью передачи данных и высокой защищенностью от электромагнитных помех. Уровень управления подразумевает использование только сетевых интерфейсов с большей скоростью передачи данных.

Помимо чисто технических предпосылок разнообразия промышленных интерфейсов, существуют экономические и исторические. Во второй половине ХХ века практически каждый производитель промышленных контроллеров пытался создать свои интерфейсы, многие из них не прижились, однако многие стали общепринятыми. Большое количество устройств, выпущенных для каждого из таких интерфейсов, значительный объем программного обеспечения для них не позволяют отказаться от их использования.

 

Анализ требований к промышленным интерфейсам

При выборе конкретного интерфейса разработчику приходится проводить тщательные анализы для соблюдения предъявляемых требований.

  • Анализ совместимости. Подразумевает определение совместимости проектируемого устройства с требованиями выбранного протокола, с уже существующими устройствами (и сетями) и будущими разработками.
  • Анализ пропускной способности выбранного интерфейса. Необходимо учитывать такие параметры, как скорость передачи данных и рабочая частота интерфейса.
  • Анализ реализации топологии интерфейса. Определение таких параметров, как возможные топологии соединения узлов сети, максимальная длина линии связи, число узлов в сети.
  • Анализ мощности и уровней питания. Включает в себя определение уровней питающих напряжений, мощности потребления, необходимость наличия режимов низкого потребления.
  • Анализ защищенности передачи данных. Включает в себя определение таких параметров, как защищенность от шумов, собственная генерация шумов, возможность обнаружения аварийных ситуаций и восстановление после сбоев.
  • Анализ электрической защиты интерфейса. Защита от статического электричества и электромагнитных помех, определение необходимости гальванической развязки.
  • Анализ необходимой защищенности (от влаги, пыли, ударов, вибрации, других механических химических и температурных воздействий непосредственно на линии связи). Критичным является выбор разъемов и кабелей.
  • Анализ стоимости. Включает в себя не только стоимость элементной базы, но и стоимость внедрения.

 

Обзор интерфейса RS-485

RS-485 (EIA-485 или TIA/EIA-485) представляет собой наиболее распространенный интерфейс, обладающий рядом особенностей: прост в реализации, является сетевым интерфейсом, способен работать с линиями связи до 1200 м, максимальная скорость передачи может достигать 50 Мбит/с.

Информация в RS-485 передается в виде дифференциального сигнала (рисунок 2). Для повышения помехозащищенности канала используется витая пара. Основной топологией интерфейса RS-485 является общая шина.

 

Применения интерфейса RS-485 для построения сети

 

Рис. 2. Применения интерфейса RS-485 для построения сети

 

На основе интерфейса RS-485 реализовано большое количество протоколов: MODBUS, PROFIBUS и др.

Данные протоколы применяются в различных областях: в измерительной технике, автоматизации зданий, промышленной автоматизации, управлении двигателями, охранных системах

Выбрав RS-485, необходимо определиться с рядом параметров:

  • Выбор гальванически изолированного или неизолированного варианта исполнения.
  • Выбор режима передачи данных: дуплекс или полудуплекс.
  • Выбор напряжения питания микросхем приемопередатчиков (3,3 или 5В).
  • Определение максимальной скорости передачи данных.
  • Определение дополнительных требований: необходимость защиты от повышенных синфазных напряжений, защиты от перенапряжений, статического электричества, неверного подключения сигнальных проводов, необходимость функции энергосбережения и малого потребления.

 

Решения для RS-485 производства компании TI

Texas Instruments представляет широчайший выбор микросхем приемопередатчиков RS-485 (рисунок 3), позволяющий удовлетворить все вышеперечисленные требования. Доступны приемопередатчики с различными питающими напряжениями (3,3 или 5 В), с минимальным энергопотреблением, встроенной защитой от статики и перенапряжений, изолированные и неизолированные, с дополнительными защитными механизмами.

 

Решения RS-485 производства компании Texas Instruments

 

Рис. 3. Решения RS-485 производства компании Texas Instruments

 

Рассмотрим подробнее особенности новых микросхем приемопередатчиков RS-485 производства TI.

 

Семейство с малым потреблением SN65HV308xE

Семейство SN65HVD308xE (таблица 1) представляет собой 5 В микросхемы малопотребляющих приемопередатчиков RS-485.

Таблица 1. Семейство малопотребляющих RS-485 приемопередатчиков SN65HVD308xE  

Наименование Описание Uпит, В Скорость (макс), Мб/с Синфазное
напряжение, В
Перенапряжения, В Icc, макс, мА Корпус
SN65HVD3080E Малопотребляющий полнодуплексный приемопередатчик   5   0,2   -7…12   -9…14   0,75   10VSSOP  
SN65HVD3083E 5   1   -7…12   -9…14   0,75   10VSSOP  
SN65HVD3086E 5   20   -7…12   -9…14   0,75   10VSSOP, 14SOIC  
SN65HVD37 3,3   20   -7…12   -13…13   0,8   14SOIC  
SN65HVD37 3,3   20   -7…12   -13…13   0,8   14SOIC  
SN65HVD3082E Малопотребляющий дуплексный приемопередатчик   5   0,2   -7…12   -9…14   0,9   8PDIP, 8SOIC, 8VSSOP  
SN65HVD3085E 5   1   -7…12   -9…14   0,9   8SOIC, 8VSSOP  
SN65HVD3088E 5   20   -7…12   -9…14   0,9   8SOIC, 8VSSOP  

Типовой ток потребления при активном приемнике и работающем передатчике составляет не более 0,4 мА, типовое потребление в неактивном режиме составляет всего 2 нА. Максимальный ток не превышает 1 мА. Скорость передачи достигает 20 Мб/с (SN65HVD3088E). Максимальное количество передатчиков в сети — 256, при этом допустимо «горячее» включение узлов, так как реализована функция защиты информационных выходов от бросков напряжения при включении/выключении питания. Приемник устойчив к аварийным состояниям, которые могут быть вызваны:

  • обрывом шины (например, при отключении разъема);
  • коротким замыканием сигнальных линий (например, при перетирании/разрыве витой пары);
  • Состоянием Idle на шине (при отсутствии активных передатчиков на шине).

При любом из таких аварийных состояний дифференциальные входы переводятся в одинаковое состояние (High State), в результате логический выход принимает значение логического нуля, а не является неопределенным.

Рабочий диапазон температур составляет -40…85°С.

Основной областью применения для этого семейства, помимо промышленных портативных устройств с батарейным питанием, могут стать и другие приборы и устройства промышленной автоматизации, системы автоматизации зданий, терминалы оплаты, телекоммуникационное оборудование.

 

Приемопередатчики RS-485 с дополнительными защитными функциями

В условиях промышленного предприятия существует значительная опасность повреждения электроники при различных электрических и механических воздействиях. Texas Instruments предлагает широкий спектр микросхем с дополнительными защитными функциями (таблица 2). Эти микросхемы можно разделить на следующие группы: приемопередатчики с расширенным диапазоном синфазного напряжения, с защитой от повышенных уровней перенапряжения, с улучшенной защитой от статики, с защитой от перекручивания. Рассмотрим подробнее каждую группу.

Таблица 2. Приемопередатчики RS-485 с дополнительными защитными функциями   

Наименование Описание Uпит, В Скорость (макс), Мб/с Синфазное
напряжение, В
Перенапряжения, В Icc, макс, мА Корпус
SN65HVD20 Приемопередатчики с расширенным диапазоном синфазного напряжения   5   25   -20…25   -27…27   9   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD21 5   5   -20…25   -27…27   12   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD21A 5   6   -20…25   -27…27   12   8SOIC  
SN65HVD22 5   0,5   -20…25   -27…27   9   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD21M-EP Расширенный температурный диапазон   5   5   -20…25   -27…27   12   8SOIC  
SN65HVD23 Приемопередатчики с расширенным диапазоном синфазного напряжения, эквалайзер   5   25   -20…25   -27…27   11   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD24 5   3   -20…25   -27…27   14   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD1782 Защита от ±30 В   3.3, 5   10   -7…12   -30…30   6   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD1787 Защита от ±30 В, расширенный диапазон синфазного напряжения   5   1   -20…25   -30…30   6   14SOIC  
SN65HVD1793 5   10   -20…25   -30…30   6   14SOIC  
SN65HVD1780 Защита от ±70 В   3.3, 5   0,115   -7…12   -70…70   6   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD1781 3.3, 5   1   -7…12   -70…70   6   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD1781-Q1 3.3, 5   1   -7…12   -70…70   6   8SOIC  
SN65HVD1785 Защита от ±70 В, расширенный диапазон синфазного напряжения   5   0,115   -20…25   -70…70   6   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD1786 5   1   -20…25   -70…70   6   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD1792 5   10   -20…25   -70…70   6   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD1791 5   0,115   -20…25   -70…70   6   14SOIC  
SN65HVD1794 5   0,115   -20…25   -70… 70   6   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD82 Повышенная защита от статики   5   0,25   -7…12   -18 до 18   0,9   8SOIC  
SN65HVD10 3,3   32   -7…12   -9 до 14   15,5   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD10-EP 3,3   25   -7…12   -9 до 14   15,5   8SOIC  
SN65HVD11 3,3   10   -7…12   -9 до 14   15,5   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD11-HT 3,3   10   -7…12   -9 до 14   18   0XCEPT, 8CDIP SB, 8CFP, 8SOIC  
SN65HVD12 3,3   1   -7…12   -9 до 14   15,5   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD12-EP 3,3   1   -7…12   -9 до 14   15,5   8SOIC  
SN75HVD10 3,3   32   -7…12   -9 до 14   15,5
 
8PDIP, 8SOIC  
SN75HVD11 3,3   10   -7…12   -9 до 14   15,5   8PDIP, 8SOIC  
SN75HVD12 3,3   1   -7…12   -9 до 14   15,5   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD78 3,3   50   -7…12   -8 до 18   0,95   8SOIC, 8SON, 8VSSOP  
SN65HVD72 3,3   0,25   -7…12   -8 до 18   0,95   8SOIC, 8SON, 8VSSOP  
SN65HVD75 3,3   20   -7…12   -8 до 18   0,95   8SOIC, 8SON, 8VSSOP  
SN65LBC184 Защита от бросков напряжения при переходных процессах   5   0,25   -7…12   -15 до 15   25   8PDIP, 8SOIC  
SN75LBC184 5   0,25   -7…12   -15 до 15   25   8PDIP, 8SOIC  
SN65HVD96 Защита от перекручивания   5   5   -7…12   -35 до 40   20   8SOIC  
SN65HVD888 Защита от перекручивания   5   0,25   -7…12   -18 до 18   0,9   8SOIC  

Микросхемы с широким диапазоном синфазных напряжений. Анализ показывает, что многие защищенные микросхемы TI (таблица2) имеют повышенную стойкость к уровню синфазного напряжения (стандартное значение синфазного напряжения по стандарту TIA/EIA-485 составляет -7…12В).

Базовым семейством можно считать SN65HVD2х. Основной особенностью этого семейства является возможность работать при синфазном напряжении -20…+25В, что в два раза больше, чем требует стандарт TIA/EIA-485. Кроме того, гистерезис приемника составляет 100мВ, что значительно больше типовых значений (50…70мВ). Такие характеристики позволяют улучшить помехозащищенность и увеличить длину линий связи. Так SN65HVD22, при скорости передачи данных до 500кб/с позволяет использовать линию связи длинной 1200м.

Микросхемы SN65HVD23/24 имеют дополнительную функцию эквалайзера. Как известно, для увеличения длины канала связи при неизменной скорости передачи данных необходимо увеличивать чувствительность приемника, однако при этом чувствительность к шумам возрастает. В данных микросхемах применен активный фильтр, подавляющий шумы и дребезг, предотвращая тем самым ложные переключения (рисунок 4).

 

Реализация функции эквалайзера в SN65HVD23

 

Рис. 4. Реализация функции эквалайзера в SN65HVD23

Рабочий диапазон температур составляет -40…85°С. SN65HVD21M-EP имеет расширенный температурный диапазон -55…125°С.

Идеальным применением для данного семейства являются протяженные сетевые каналы связи с повышенным уровнем помех на промышленных объектах, в охранных системах и системах автоматизации зданий. Кроме того, возможно их применение в промышленных контроллерах и авиации.

Микросхемы с повышенной защитой от перенапряжения. Рядом с сигнальными линиями могут находиться силовые высоковольтные проводники. Длязащиты от короткого замыкания (рисунок 5.) Texas Instruments предлагает использовать приемопередатчики с защитой от перенапряжений.

 

Короткое замыкание на высоковольтный проводник

 

Рис. 5. Короткое замыкание на высоковольтный проводник

К таким приемопередатчикам относятся семейства SN65HVD178x и SN65HVD179x. Они сохраняют работоспособность в условиях больших перенапряжений, вызванных короткими замыканиями на питающие линии, ошибками подключения проводников, ошибками включения разъемов, разрывами кабеля. Кроме того, они устойчивы к статическим разрядам до 16кВ (HBM).

Приемопередатчики включают в себя микросхемы с защитой от перенапряжений до ±30В (SN65HVD1782, SN65HVD1787, SN65HVD1793), и ±70В (остальные микросхемы).

Особо стоит отметить приемопередатчики SN65HVD1785, SN65HVD1786, SN65HVD1791, SN65HVD1792, SN65HVD1794. Они, помимо устойчивости к перенапряжениям до ±70В, имеют защиту от повышенного синфазного напряжения (-20…+25В).

Идеальной областью применения для данных микросхем является непосредственная связь с исполнительными устройствами и другие приложения, в которых есть потенциальная возможность КЗ на линии с напряжением до 70В.

Микросхемы с повышенной устойчивостью к статическим разрядам. Статическое напряжение- неизменный спутник вращающихся и трущихся механизмов. Устойчивость к нему зачастую может стать определяющим фактором в выборе микросхемы. Микросхемы семейств SN65HVD1х, SN65HVD7x и SN65HVD82 предлагают защиту от статического электричества.

Микросхемы SN65HVD82- 5В приемопередатчик, обладающий повышенной защитой от статического электричества: ±16кВ (HBM), ±12кВ (IEC61000-4-2 Contact Discharge), ±4кВ (IEC61000-4-4 Fast Transient Burst). Гистерезис приемника составляет 60мВ. Ток потребления- 1мА в активном режиме и 1мкА в режиме покоя. Скорость передачи до 250кб/с.

Семейство SN65HVD1х представляет собой 3,3В приемопередатчики с защитой от 16кВ (HBM) и скоростью передачи данных до 10Мб/с.

SN65HVD7x- 3,3В приемопередатчики с защитой от 16кВ (HBM) и скоростью передачи данных до 50 Мб/с.

Высокая устойчивость к статике позволяет применять данные приемопередатчики для измерительной техники, для промышленной автоматики и автоматизации зданий, кроме того- в охранных системах.

Микросхемы с повышенной устойчивостью к выбросам при переходных процессах. Приемопередатчики SN65LBC184/SN75LBC184 обладают повышенной защищенностью как к статическим разрядам (±15кВ (JEDEC HBM), ±30кВ (IEC61000-4-2 Contact Discharge), ±15кВ (IEC61000-4-2 Air Gap Discharge)), так и к мощным выбросам до 400Вт (по IEC61000-4-5), возникающим при переходных процессах.

Хотя максимальная скорость передачи данных невелика (до 250кб/с), но высокая устойчивость позволяет применять их в непосредственной близости от мощных источников электромагнитных помех.

Микросхемы приемопередатчиков с защитой от неверного подключения сигнальных проводников. Микросхема SN65HVD96 способна работать даже в том случае, когда при подключении (кшине или к другому передатчику) перепутаны сигнальные провода. Кроме того, имеется встроенная защита от перенапряжений -35…40В. 

Стоит отметить, что данный приемопередатчик совместим по выводам с остальными приемопередатчиками, то есть может заменять их даже в существующих устройствах.

Особенностью приемопередатчика являются расширенный гистерезис приемника (150 мВ) и ограничение выходного тока передатчика.

Еще одним представителем приемопередатчиков с автокоррекцией подключения является SN65HVD888. Данная микросхема способна обнаружить неверное подключение и скорректировать свою работу за 76 мс. Однако для обнаружения неверного подключения должен быть выполнен ряд условий (рисунок 6.):

  • Должна быть реализована защитная резистивная цепочка (RFS).
  • SN65HVD888 должен находиться в режиме приемника, его передатчик должен быть отключен (RE = DE = Low).
  • На шине должно сохраняться состояние Idle в течение времени коррекции (до 76мс).

 

Автокоррекция полярности при неправильном подключении к шине

 

Рис. 6. Автокоррекция полярности при неправильном подключении к шине

 

Отличительной особенностью SN65HVD888 является повышенная стойкость к статическим разрядам ±16 кВ (HBM), ±12 кВ (IEC61000-4-2), +4 кВ (IEC61000-4-4). 

Стоит отметить также очень низкий уровень собственного потребления, который составляет всего 0,9 мА.

Областями применения микросхемы SN65HVD888 являются измерительная техника, системы управления микроклиматом, DMX512-сети. Низкое потребление позволяет применять данный приемопередатчик в устройствах с батарейным питанием.

 

Изолированные решения

Texas Instruments предлагает широкий выбор изолированных приемопередатчиков (таблица 3).

Таблица 3. Изолированные приемопередатчики RS-485   

Наименование Описание Uпит, В Скорость (макс), Мб/с Синфазное
напряжение, В
Перенапряжения, В Icc, макс, мА Корпус
ISO3080 Изолированный дуплексный приемопередатчик   5   0,2   -7…12   -9…14   15   16SOIC  
ISO3086 5   20   -7…12   -9…14   15   16SOIC  
ISO3082 Изолированный полудуплексный приемопередатчик   5   0,2   -7…12   -9…14   15   16SOIC  
ISO3088 5   20   -7…12   -9…14   15   16SOIC  
ISO1176 Изолированный PROFIBUS   5   40   -7…12   -9…14   75   16SOIC  
ISO15 Изолированный полудуплексный приемопередатчик   3,3   1   -7…12   -9…14   21   16SOIC  
ISO15M 5   1   -7…12   -9…14   20   16SOIC  
ISO35 Изолированный дуплексный приемопередатчик   3,3   1   -7…12   -9…14   21   16SOIC  
ISO35M 5   1   -7…12   -9…14   20   16SOIC  
ISO3086T Изолированный с драйвером для трансформатора   5   20   -7…12   -9…14   15   16SOIC  
ISO35T 3,3   1   -7…12   -9…14   27   16SOIC  
ISO1176T Изолированный с драйвером для трансформатора PROFIBUS   5   40   -7…12   -9…14   29   16SOIC  

Семейство ISO308x представляет собой 5 В, гальванически изолированные приемопередатчики, позволяющие передавать данные со скоростью до 20 Мб/с (ISO3086, ISO3088). Параметры гальванической изоляции — 4 кВП-П и 2500 В ср.кв. Таким образом, полностью соответствуя требованиям TIA/EIA-485, данное семейство позволяет работать в условиях высокого уровня электромагнитных помех в длинных линиях. Основными областями применения таких микросхем является работа в составе приводов, мощных инверторов, в измерительных приборах и других устройствах промышленной автоматики.

Микросхемы ISO15/15M, ISO35/35M представляют собой 3,3 В гальванически изолированные приемопередатчики. Аналогичны по уровню защиты ISO308x, но работают только со скоростью до 1 Мб/с. ISO15/ ISO15M являются полудуплексными, а ISO35/ISO35M работают в режиме полного дуплекса.

Микросхема ISO1176 — гальванически изолированный и оптимизированный для PROFIBUS приемопередатчик. Максимальная скорость составляет 40 Мб/с, максимальное число узлов в сети -160 (при емкости до 10 пФ). Параметры гальванической изоляции — 4 кВП-П и 2500 В ср.кв.

Микросхемы ISO3086T/ISO35T/ISO1176T являются версиями вышеприведенных микросхем приемопередатчиков со встроенным драйвером трансформатора, что позволяет наиболее просто реализовывать источник питания для вторичной стороны (рисунок 7).

 

Организация питания приемопередатчика на основе ISO3086T/ISO35T/ISO1176T

 

Рис. 7. Организация питания приемопередатчика на основе ISO3086T/ISO35T/ISO1176T

 

Обзор интерфейса CAN

Интерфейс CAN великолепно зарекомендовал себя в таких областях, как промышленная автоматика, автомобильная электроника, медицинская техника. Основное его предназначение — построение сетей контроллеров и датчиков для передачи данных со скоростью до 1 Мб/с. Для передачи данных используется две сигнальные линии CANH и CANL (рисунок 8).

 

Определение логического состояния шины CAN

 

Рис. 8. Определение логического состояния шины CAN

На основе шины CAN реализовано множество протоколов: CANaerospace (протокол для аэрокосмической отрасли), DeviceNet (промышленные сети), MilCAN, ISO11898-x и многие другие.

Если для реализации выбран CAN-интерфейс, то необходимо определить ряд параметров:

  • определить, требуется ли гальваническая изоляция CAN;
  • определить параметры питания (уровень питающего напряжения и потребляемой мощности).
  • определить уровень защищенности от аварийных ситуаций;
  • определить дополнительные требования: наличие функции обратной связи, наличие энергосберегающих режимов и др;
  • определить особенные требования выбранного протокола (DevceNet, CANopen, ISO11783 и др).

 

Существующий портфель решений TI для CAN-интерфейса и основные преимущества

Компания Texas Instruments предлагает большой выбор микросхем приемопередатчиков CAN, позволяющий выбрать микросхему, отвечающую всем вышеперечисленным требованиям. Имеются как 5 В, так и 3,3 В микросхемы, микросхемы с гальванической изоляцией, с широким диапазоном рабочих температур (рисунок 9).

 

Решения для CAN-интерфейса от TI

 

Рис. 9. Решения для CAN-интерфейса от TI

 

SN65HVD25x Turbo CAN

Texas Instruments представил новое семейство приемопередатчиков CAN — SN65HVD25x (таблица 4).

Таблица 4. Приемопередатчики SN65HVD25x   

Наименование Особенности Перенапряжения, В Icc, макс, мA Uпит, В Корпус
SN65HVD257 Turbo CAN, функция диагностики аварийных ситуаций   -27…40   85   4,5…5,5   8SOIC  
SN65HVD256 Turbo CAN, дополнительный вход питания VRXD для выходного буфера приемника   -27…40   85   4,5…5,5 2,8…5,5 8SOIC  
SN65HVD255 Turbo CAN   -27…40   85   4,5…5,5   8SOIC  

Это 5 В микросхемы, полностью соответствующие требованиям ISO 11898-2 и выполненные в корпусе SOIC8 со стандартным расположением выводов (рисунок 10). Они являются развитием предыдущих семейств CAN-трансиверов и способны заменить микросхемы SN65HVD252, SN65HVD253 и SN65HVD1050/1040 в уже готовых устройствах.

 

Расположение выводов SN65HVD25x

 

Рис. 10. Расположение выводов SN65HVD25x

Главной особенностью семейства является новая технология "Turbo" CAN, предлагающая сразу несколько преимуществ:

  • обеспечивает минимально возможные временные задержки, даже в случае емкостной нагрузки (в больших сетях) и максимальную скорость сигнала, передающего данные со скоростью, превышающей 1Мб/с;
  • имеет сбалансированную структуру, позволяющую добиваться низких уровней собственных помех;
  • готовность к работе в составе CAN FD (CAN with Flexible Data-Rate) со скоростями более 1Мб/с;
  • еще одной особенностью является практически полное отсутствие потребления в случае, когда не происходит питания микросхемы («Ideal Passive»);
  • микросхемы имеют высокую степень защиты;
  • защита от статического электричества ±12кВ (HBM), ±8кВ (IEC61000-4-2);
  • соответствие требованиям автомобильного стандарта ISO7637: Pulse 1 (-100В), Pulse 2 (+75В), Pulse 3a (-150В), Pulse 3b (+100В);
  • защита сигнальных линий от напряжений -27…40В;
  • защита от аварийных ситуаций на линиях: от постоянного доминантного состояния и постоянного рецессивного (в обоих случаях скорость ограничивается 9,4кб/с);

Диапазон рабочих температур составляет -40…125°С.

 

Изолированные решения CAN — ISO1050

Микросхема ISO1050 (рисунок 11) была первым изолированным приемопередатчиком и за время своего существования проявила себя исключительно с хорошей стороны. Полностью соответствуя требованиям ISO 11898-2, данный приемопередатчик использует интегрированную SiO2-изоляцию, электрическая прочность которой составляет 2500 В ср.кв (ISO1050 в корпусе 8SOP и ISO1050L в корпусе 16SOIC,) или 5000 В ср.кв (ISO1050 в корпусе 16SOIC,).

 

Расположение выводов ISO1050

 

Рис. 11. Расположение выводов ISO1050

Микросхема устойчива к статическим разрядам до ±4 кВ (HBM) и способна выдерживать броски напряжения при переходных процессах, равные -27…40 В.

Рабочий диапазон температур составляет -55…105°С.

Производитель заявляет, что при работе в рамках рекомендованных параметров средний срок службы приемопередатчика составляет 25 лет.

 

Заключение

Компания Texas Instruments предлагает широчайший выбор приемопередатчиков RS-485 для различных напряжений питания (3,3 и 5 В), с малым энергопотреблением, гальванической изоляцией, высочайшей степенью защиты как от статических помех, так и от выбросов напряжения вплоть до ±70 В. Такой выбор позволяет выбрать микросхему с учетом требований конкретного приложения. Новое семейство CAN-трансиверов SN65HVD25x реализует технологию Turbo CAN, позволяющую передавать данные со скоростями, превышающими 1 Мб/с.

 

Литература

1. RS-485 Reference Guide. Texas Instruments, 2012.

2. CAN Reference Guide. Texas Instruments, 2012.

3. SLLU173B User’s Guide RS-485 Half-Duplex Evaluation Module, 2012-Revised June 2013.

4. Презентация INDUSTRIAL INTERFACE. Texas Instruments.

5. Документация на компоненты взята с http://www.ti.com/.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: analog.vesti@compel.ru

Наши информационные каналы

Теги: , ,
Рубрики: