Журнал "Новости Электроники", номер 5, 2009 год.

Журнал "Новости Электроники", номер 5, 2009 год.Приемопередатчики интерфейсов CAN и LIN компании ON SemiconductorПавел Ильин (КОМПЭЛ), Дмитрий Цветков Применение последовательных сетевых интерфейсов в промышленности, в области автоматизации жилых и офисных зданий, на транспорте предъявляет повышенные требования устойчивости к внешним помехам, сбоям в питании, нарушениям целостности сетей и экономичности отдельных узлов. Интерфейсы CAN и LIN стали популярны благодаря низкой стоимости конечных узлов сети на их основе. Компания ON Semiconductor выпускает широкую линейку этих изделий.

Часто бывает так, что идеи, изначально задуманные для одних целей, также находят применение в совершенно других областях. Такова судьба интерфейса CAN, который проектировался для использования в автомобилях, а теперь активно применяется в промышленности и автоматизации зданий. Во многом это можно объяснить относительно высокой «избыточностью» возможностей CAN-интерфейса для его применения в автомобильном транспорте. Согласно стандарту CAN, максимально допустимая протяженность одного канала связи между двумя приемопередатчиками сети CAN при скорости обмена 1000 кбит/с не должна превышать 40 метров, а на скорости 10 кбит/с – 5000 м. Для автомобиля эти цифры явно избыточны. Более того, конечная цена решения занимает далеко не последнее место.

По этой и другим причинам относительно недавно на свет появился интерфейс LIN (Local Interconnect Network), – по сути упрощенный, а, соответственно, и более дешевый вариант интерфейса CAN, ориентированный на применение в промышленности и автомобильном транспорте. На самом деле LIN не является конкурентом CAN, наоборот: LIN-сети – удачное дополнение к CAN-сетям. Согласно стандарту ISO 9141, скорость работы узлов LIN-сети не может превышать 20 кбит/с.

В отличие от узлов CAN-сети, в узлах LIN-сети не требуется использование относительно дорогих микропроцессоров/микроконтроллеров со встроенным или внешним CAN-контроллером. Для построения LIN-узла достаточно простого и недорогого микроконтроллера со встроенным аппаратным портом UART (в некоторых решениях вместо аппаратного порта UART возможна его программная эмуляция) и внешнего недорогого приемопередатчика для однопроводной шины LIN.

 

Приемопередатчики для интерфейса LIN

В настоящее время компания ON Semiconductor производит четыре разновидности приемопередатчиков для LIN-сетей (табл. 1). Каждый из них полностью соответствует спецификации LIN rev. 1.3 и rev. 2.0, спроектирован на основе высоковольтной технологии I2T100 (сочетание в одной микросхеме высоковольтных аналоговых и низковольтных цифровых узлов) и производится по бессвинцовой технологии.

Таблица 1. Приемопередатчики ON Semiconductor для сетей на основе интерфейса LIN

Наименование Число
передат
чиков Число
прием
ников Мин. напряже
ние питания, В Макс. напряже
ние питания, В Макс. скорость, кбит/с Макс. выходной ток передат
чика, мА Макс. собственный ток потребления, мА Корпус AMIS-30600LINI1G 1 1 7,3 18 20 40 0,70 SOIC-8 AMIS-30600LINI1RG NCV7321D10G 5,0 27 120 0,11 NCV7321D10R2G NCV7361ADG 5,25 18 NCV7361ADR2G NCV7382DR2G 7,0 40 0,02 0,024

Приемопередатчики AMIS-30600 выдерживают напряжение на шине в очень широком диапазоне напряжений ±40 В, имеют низкий собственный ток потребления в спящем режиме – не более 50 мкА, встроенный фильтр на входе приемника, встроенный узел для управления скоростью нарастания напряжения на выходе передатчика в зависимости от напряжения на входе VBB (внешняя батарея или аккумулятор) с целью экономии заряда батареи.

NCV7321 соответствует более новой версии спецификации LIN: rev. 2.1 (поддержана совместимость с ранними версиями) и спецификации J2602. Отличительной особенностью NCV7321 является работа в LIN-сетях с повышенным диапазоном напряжения ±45 В и в приложениях для жестких условий эксплуатации. Стоит отметить расширенные возможности по управлению потребляемой мощностью: для этой цели предназначен внешний вывод WAKE.

NCV7361A имеет встроенный линейный стабилизатор с выходным напряжением 5 В ±2% и максимальным выходным током 50 мА. Подобное решение сокращает число внешних компонентов, так как в LIN-устройствах практически всегда необходим стабилизатор (например, для питания микроконтроллера, управляющего работой LIN-узла). Также в микросхеме реализован супервизор питания, управляющий выводом RESET (длительность сигнала сброса составляет около 100 мс). Этот узел особенно полезен для аппаратного сброса внешнего микроконтроллера сразу после подачи питания на устройство (LIN-узел).

Для NCV7382 основной областью применения являются устройства с высокими требованиями к экономичности. Дополнительный выход INH предназначен для управления внешним стабилизатором, высокий уровень на вход управления которым будет подан при появлении активности на шине или принудительного включения микросхемы через вход EN. Помимо этого значительно сокращен собственный ток потребления приемопередатчика в спящем режиме: 6,5 мкА.

Интерфейс LIN изначально проектировался для применения в автомобильном транспорте, однако широко используется в автоматизации зданий благодаря высокой надежности канала связи. Одним из типовых решений можно назвать удаленные датчики по сбору данных в офисном здании (температура в помещениях, состояния переключателей на дверях, окнах и т.п.). В промышленности LIN используют редко, чаще всего – в виде подсетей для CAN-сетей.

 

Приемопередатчики для интерфейса CAN

Ассортимент приемопередатчиков от ON Semiconductor для сетей CAN значительно шире, чем аналогичный ассортимент для сетей LIN (табл. 2). Во многом это можно объяснить значительной «разницей в возрасте» двух интерфейсов: CAN примерно на 20 лет «старше» LIN. За это время CAN-интерфейс успел «обрасти» рядом протоколов верхнего уровня: CANopen, DeviceNet и др. Необходимо также учитывать значительную конкуренцию производителей электронных компонентов в этой области. Учитывая все это, компания ON Semiconductor избрала следующую тактику: помимо продажи стандартных приемопередатчиков для CAN-сетей (основоположник – PCA82C250 от Philips), компания разрабатывает микросхемы, уникальные как по характеристикам, так и по возможностям.

Таблица 2. Приемопередатчики ON Semiconductor для сетей на основе интерфейса CAN

Наименование Число
передат
чиков Число
прием
ников Мин. напряже
ние питания, В Макс. напряже
ние питания, В Макс. скорость, кбит/с Макс. выходной ток передат
чика, мА Макс. собствен
ный ток потребления, мА Корпус AMIS-30660CANH2G 1 1 4,75 5,25 1000 45 8 SOIC-8 AMIS-30660CANH2RG AMIS-30660CANH6G AMIS-30660CANH6RG AMIS-30663CANG2G 1 1 4,75 5,25 1000 45 8 SOIC-8
SOIC-8 AMIS-30663CANG2RG AMIS-42700WCGA4H 2 2 -0,3 7 1000 45 8 SOIC-20
SOIC-20 AMIS-42700WCGA4RH AMIS-42770ICAW1G 1 1 4,75 5,25 1000 45 19,5 SOIC-20
SOIC-20 AMIS-42770ICAW1RG AMIS-41682CANM1G 1 1 4,75 5,25 125 45 6,3 SOIC-14
SOIC-14 AMIS-41682CANM1RG AMIS-41683CANN1G 1 1 4,75 5,25 125 45 6,3 SOIC-14
SOIC-14 AMIS-41683CANN1RG AMIS-42670ICAH2G 1 1 4,75 5,25 1000 45 8 SOIC-8
SOIC-8 AMIS-42670ICAH2RG AMIS-42671ICAB1G 1 1 4,75 5,25 1000 45 8 SOIC-8
SOIC-8 AMIS-42671ICAB1RG AMIS-42673ICAG1G 1 1 4,75 5,25 1000 45 8 SOIC-8
SOIC-8 AMIS-42673ICAG1RG AMIS-42665TJAA1G 1 1 4,75 5,25 1000 45 8 SOIC-14
SOIC-14 SOIC-8
SOIC-8
SOIC-8 AMIS-42665TJAA1RG AMIS-42665TJAA3L AMIS-42665TJAA3RL AMIS-42665TJAA6RG AMIS-42675ICAA1G 1 1 4,75 5,25 1000 45 8 SOIC-8
SOIC-8 AMIS-42675ICAA1RG NCV7341D21G 1 1 4,75 5,25 1000 55 10 SOIC-14
SOIC-14 NCV7341D21R2G

В настоящее время микроконтроллеры, используемые в качестве контроллеров конечных узлов CAN-сетей, в целях повышения их экономичности питаются от источников напряжения 3,3 В. При этом подавляющее большинство приемопередатчиков для сетей CAN рассчитаны на напряжение питания 5 В, поэтому возникает ряд сложностей с сопряжением 5-вольтовых приемопередатчиков и 3,3-вольтовых микроконтроллеров (разумеется, речь идет о тех микроконтроллерах, которые несовместимы с логическими уровнями 5 В). Специально для подобных случаев ON Semiconductor производит высокоскоростные приемопередатчики CAN с двойным питанием: AMIS-30663, AMIS-41682, AMIS-41683 и AMIS-42673. В них, помимо вывода питания аналоговой части 5 В, предусмотрен дополнительный вывод для питания цифровой части 3,3 В. Микросхемы полностью соответствуют стандарту ISO 11898-2, допускают напряжение ±35 В на входе дифференциального приемника, а передатчик имеет встроенную функцию автоматического отключения от шины при «зависаниях» управляющего микроконтроллера по истечению определенного времени (тайм-аут). Также стоит отметить высокую стойкость приемопередатчиков к электростатическим разрядам: ±8 кВ. Микросхемы идеально подходят для применения в промышленных CAN-сетях с питанием 12/24 В. AMIS-30663 и AMIS-42673 способны работать на скоростях до 1 Мбит/с, а AMIS-41682, AMIS-41683 – до 125 кБит.

AMIS-30660, AMIS-30670 – высокоскоростные приемопередатчики с дополнительным входом Silent, позволяющим отключать встроенный передатчик от шины, в то время как приемник продолжает работать. Такая функция удобна для предотвращения непреднамеренного захвата шины CAN после перевода управляющего микроконтроллера в спящий режим. По параметрам AMIS-30660 и AMIS-30670 аналогичны описанным выше приемопередатчикам CAN с двойным питанием.

AMIS-42665, AMIS-42675 – входят в список самых распространенных в использовании высокоскоростных приемопередатчиков (1 Мбит/с). Идеально подходят для использования в CAN-узлах, критичных к собственной потребляемой мощности, то есть с батарейным питанием: внешний вход STB (Standby) позволяет полностью отключать приемопередатчик от CAN-сети, при этом его ток потребления сокращается до 10 мкА (рис. 1). Также в микросхемах реализован режим автоматического пробуждения из спящего режима при появлении активности на шине CAN.

 

 

Рис. 1. Типовая схема включения приемопередатчика AMIS-42665

AMIS-42671 – приемопередатчик с функцией автоматического определения скорости передачи данных по шине CAN. Для этой цели предусмотрен дополнительный вход AUTB (Autobaud), высокий логический уровень на этом входе фактически отключает вход TxD от передатчика и подключает его по схеме логического «И» с данными, поступающими от приемника. В этом режиме CAN-контроллер «слушает» сеть: если скорость передачи данных отличается от скорости, заданной контроллером узла, то тот автоматически формирует ошибку. Перебирая все определенные стандартом CAN скорости, можно определить текущую скорость работы шины и далее настроиться на нее. Приемопередатчики AMIS-42671 полностью соответствуют стандарту ISO 11898-2, допускают напряжение ±35 В на входе дифференциального приемника, обладают высокой стойкостью к электростатических разрядам до ±8 кВ и имеют узел автоматического отключения при перегреве.

NCV7341 – высокоскоростной экономичный приемопередатчик, идеально подходящий для применения в промышленных CAN-сетях с питанием 12/24 В. Сдвоенное питание микросхемы (отдельно питаются цифровая и аналоговая части) позволяет использовать внешние CAN-контроллеры, рассчитанные на питание от 3,3 В и несовместимые с логическим уровнем 5 В (рис. 2). NCV7341 идеально подходит для использования в узлах с батарейным питанием: автоматический переход в экономичный режим при падении напряжения на внешней батарее или аккумуляторе (INH), вход управления режимом питания (STB), выход сигнала ошибки питания (ERR), вход автоматического пробуждения при появлении внешнего питания (WAKE), вход разрешения работы (EN). Дополнительный внутренний источник, предназначенный для выравнивания потенциалов на шине CAN (VSPLIT), позволяет значительно сократить на ней уровень электромагнитного излучения.

 

 

Рис. 2. Схема подключения приемопередатчика NCV7341 к внешнему 3,3 В CAN-контроллеру

Отдельного внимания заслуживают двухканальные приемопередатчики AMIS-42700 и AMIS-42770. Их электрические характеристики практически совпадают с характеристиками описанных выше CAN-приемопередатчиков. Самая примечательная особенность этих микросхем – наличие в них двух одинаковых приемопередатчиков, предназначенных для их подключения к двум независимым шинам CAN и одному CAN-контроллеру. Основная область применения – работа в качестве повторителей для протяженных сетей CAN и распределителей/разветвителей (CAN hub). Встроенный контроллер CAN-пакетов (рис. 3) позволяет вовсе обойтись без внешнего CAN-контроллера, как, например, в весьма распространенном решении – повторитель/репитер (рис. 4). Дополнительные выводы Text и Rint позволяют объединять эти приемопередатчики друг с другом, а управление организовывать одним единственным CAN-контроллером. Тем самым появляется возможность простого и дешевого способа организации сложных по топологии CAN-сетей.

 

 

Рис. 3. Внутренняя структурная схема двухканальных приемопередатчиков AMIS-42700 и AMIS-42770

 

 

Рис. 4. Типовая схема включения AMIS-42700 в качестве повторителя для протяженной сети CAN

 

Заключение

Каждый из приемопередатчиков для сетей CAN и LIN от компании ON Semiconductor уникален по своим возможностям и характеристикам: низкая потребляемая мощность в спящем режиме, низкий уровень электромагнитного излучения, высокий диапазон входных напряжений на шине, защита по току выходных цепей, защита от перегрева, широкий диапазон рабочей температуры -40...125°С. А расширенная функциональность микросхем позволяет использовать их в самых нестандартных схемотехнических решениях.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

 

Вернуться к содержанию номера







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.