Последовательная связь в суровых средах: новый CAN-трансивер от Maxim
Приемопередатчики CAN-bus, такие как MAX14883E, обеспечивают надежную и удобную связь для требовательных приложений.
В наши дни мы постоянно слышим о I2C; SPI и UART также являются хорошо известными сокращениями. Напротив, я не удивлюсь, если найдутся, что многие инженеры и энтузиасты электроники мало знают или, по крайней мере, мало знают о CAN-шине.
Это не особенно удивительно: шина CAN (Controller Area Network) не является универсальным стандартом, например I2C или SPI. Он был разработан для автомобильных приложений, а также используется в промышленных условиях. Если вы не занимаетесь профессиональным дизайном для автомобильных или промышленных систем, вы можете услышать очень мало о CAN.
Эта статья ни в коем случае не является всеобъемлющим обсуждением CAN-шины, но вот несколько характерных характеристик:
Это мультимастерская шина; другими словами, он не использует договоренность ведущий / ведомый. Устройства на шине просто называются «узлами», которые я ценю, потому что вещь «хозяин / раб» начинает натирать мои уши через некоторое время. Серьезно, кто когда-либо думал, что было бы неплохо заимствовать терминологию у одного из самых известных и презираемых институтов человечества »// www.allaboutcircuits.com/technical-articles/the-why-and-how-of-differential-signaling/ «target =" _ blank "> Используется дифференциальная сигнализация, которая, как обычно, обеспечивает повышенный уровень помехоустойчивости. И это двухпроводная шина, поэтому первичное соединение представляет собой только одну витую пару, а именно:
Диаграмма взята из таблицы MAX14883E
- Максимальная скорость передачи данных составляет 1 Мбит / с. Это может показаться мучительно медленным по сравнению с 500 терабайтами в секунду или любым другим USB 3.0 в наши дни, но типичные приложения для CAN-шины просто не нуждаются в такой пропускной способности. Мы должны помнить, что высокие частоты усложняют практически все - хорошая практика проектирования означает ограничение скорости передачи данных в соответствии с реальными потребностями связи в системе.
- Данные CAN передаются в пакетах. «Пакетирование» - важный метод повышения надежности коммуникационных систем; Вы можете прочитать об этом здесь.
- Если вы хотите получить информацию непосредственно от источника, официальные документы, определяющие протокол CAN, начинаются с ISO-11898. Я не знаю гораздо больше, потому что мой мозг отключается, как только я вижу буквы «ISO».
Блок-схема
MAX14883E - это встроенный CAN-трансивер. Аспект интеграции важен, поскольку подключение к CAN-шине не так просто, как, например, управление цифровыми сигналами на линии SPI или UART. Вы можете увидеть различные части устройства на следующей диаграмме:
Диаграмма взята из таблицы данных
защита
Обратите внимание на блоки защиты; CAN предназначен для суровых условий, а CAN-трансиверы должны иметь возможность справляться с грубыми условиями. MAX14883E защищает от ошибок до ± 60 В, а две линии CAN могут выдержать ESD до ± 10 кВ (или ± 15 кВ или ± 22 кВ - это зависит от того, какой вкус интересующего вас электростатического разряда).
Тогда возникает проблема синфазного напряжения. Для разных узлов вполне возможно иметь разные потенциалы земли. Универсальным решением этой проблемы является гальваническая развязка, но этот подход неудобен и обычно используется только при необходимости. Предпочтительный метод - использовать дифференциальную сигнализацию, а затем сделать схему интерфейса устойчивой к непредсказуемым потенциалам земли. Стандарт CAN требует, чтобы трансиверы поддерживали диапазон общего режима от -2 В до +7 В, но MAX14883E выходит далеко за пределы этого: его «функциональный диапазон входного сигнала общего режима» составляет ± 25 В.
господство
Еще одна функция безопасности - «доминирующий тайм-аут». Протокол CAN использует термины «доминирующий» и «рецессивный» для описания фактических уровней сигнала. Вы можете увидеть доминирующие и рецессивные логические состояния на диаграмме ниже. Как следует из названия, доминирующий уровень сигнала означает, что шина недоступна для новых сообщений. Это нормально, если только передатчик не испытывает ошибку и блокирует шину в нефункциональное доминирующее состояние. Функция доминантного тайм-аута предотвращает этот тип сбоев, автоматически возвращая сигналы в рецессивное состояние, если линии CAN находятся в доминирующем состоянии дольше, чем t DOM (где-то между 1.3 и 4.3 мс).
Адаптировано из диаграммы в техническом описании
Эта диаграмма является хорошим напоминанием о том, что CAN не соответствует ожидаемому соотношению между логическим уровнем и состоянием фактических CAN-сигналов: вход с логикой-низким помещает выход в доминирующее состояние, а логическое - высвечивает шину в рецессивное состояние.
Вы видели шину CAN, используемую вне автомобильной и промышленной среды, например, для потребительских или военных применений? Дайте нам знать об этом в комментариях.