Владимир Рентюк
Приемопередатчики CAN FD ADM3055E и ADM3057E компании Analog Devices упрощают построение систем промышленной автоматизации
Когда в дискуссиях затрагивается тема интерфейса CAN (Controller Area Network) — стандарта сети, ориентированный, прежде всего, на объединение в единую сеть различных исполнительных устройств и датчиков, то в первую очередь подразумевается современный «навороченный» разнообразной электроникой автомобиль. Однако, хотя изначально это интерфейс действительно был разработан автомобилистами для автомобилей это уже не так — интерфейс CAN с успехом находит применение в индустриальном секторе на низших уровнях семиуровневой модели OSI. Здесь он является конкурентом RS-485, Profibus и в ряде случаев LVDS. Откликаясь на этот вызов рынка ведущие производители микросхем интерфейсов предлагают свои решения CAN ориентированные на использование в промышленности для приложений автоматизации непрерывных процессов. Данная статья знакомит с двумя предложениями компании Analog Devices, Inc. этого направления.
Введение
Интерфейс CANbus проектировался как автомобильная коммуникационная платформа, предложенная Робертом Бошем (Robert Bosch), владельцем компании Robert Bosch GmbH, для снижения стоимости производства автомобилей. Эта шина стала альтернативой традиционным толстым многожильным автомобильным кабелям и упростила их прокладку благодаря применению многоузлового решения. Впервые CAN была представлена в 1986 году в модели BMW‑850 [1]. Благодаря простоте реализации и удобству применения она быстро вышла за рамки автомобильной индустрии и нашла применение не только как интерфейс датчиков, но и во встроенных системах управления реального времени (Embedded real-time control system) для автомобильного и железнодорожного транспорта, станков с ЧПУ, лифтовом хозяйстве, а также в медицинском оборудовании и в авиационных и космических системах, где каждый грамм на счету. В последнее время CAN становится конкурентом RS-485 для физического и частично канального уровня [2].
Однако со временем данные перестали помещаться в один кадр, что сделало необходимым увеличение количества кадров, передающих сегментированные данные. Все это привело к увеличению сложности проектирования сети, снижению интегральной пропускной способности и снижению производительности среды передачи данных. Для решения данной проблемы компания Bosch предложила мировому CAN-сообществу новый вариант шины CAN — CAN FD (CAN with Flexible Data rate, CAN с гибкой скоростью передачи данных), расширяющий стандарт CAN и позволяющий эволюционно провести модернизацию там, где применение обычного варианта СAN становился проблематичным.
По факту CAN FD стал протоколом передачи данных, обычно используемый для широковещательной передачи данных датчиков и управляющей информации по двухпроводным соединениям между различными частями электронной аппаратуры и системы управления. В 2016 году шина CAN FD была принята в качестве международного стандарта ISO 11 898−1 [3]. Этот стандарт определяет, как классический формат кадра CAN, так и формат кадра с гибкой скоростью передачи данных CAN.
Введение
Интерфейс CANbus проектировался как автомобильная коммуникационная платформа, предложенная Робертом Бошем (Robert Bosch), владельцем компании Robert Bosch GmbH, для снижения стоимости производства автомобилей. Эта шина стала альтернативой традиционным толстым многожильным автомобильным кабелям и упростила их прокладку благодаря применению многоузлового решения. Впервые CAN была представлена в 1986 году в модели BMW‑850 [1]. Благодаря простоте реализации и удобству применения она быстро вышла за рамки автомобильной индустрии и нашла применение не только как интерфейс датчиков, но и во встроенных системах управления реального времени (Embedded real-time control system) для автомобильного и железнодорожного транспорта, станков с ЧПУ, лифтовом хозяйстве, а также в медицинском оборудовании и в авиационных и космических системах, где каждый грамм на счету. В последнее время CAN становится конкурентом RS-485 для физического и частично канального уровня [2].
Однако со временем данные перестали помещаться в один кадр, что сделало необходимым увеличение количества кадров, передающих сегментированные данные. Все это привело к увеличению сложности проектирования сети, снижению интегральной пропускной способности и снижению производительности среды передачи данных. Для решения данной проблемы компания Bosch предложила мировому CAN-сообществу новый вариант шины CAN — CAN FD (CAN with Flexible Data rate, CAN с гибкой скоростью передачи данных), расширяющий стандарт CAN и позволяющий эволюционно провести модернизацию там, где применение обычного варианта СAN становился проблематичным.
По факту CAN FD стал протоколом передачи данных, обычно используемый для широковещательной передачи данных датчиков и управляющей информации по двухпроводным соединениям между различными частями электронной аппаратуры и системы управления. В 2016 году шина CAN FD была принята в качестве международного стандарта ISO 11 898−1 [3]. Этот стандарт определяет, как классический формат кадра CAN, так и формат кадра с гибкой скоростью передачи данных CAN.
Рисунок 1. Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем OSI и место CAN-трансивера в шине.
Как сказано выше, спецификацией CAN определяется канальный уровень. Подуровень управления логической связью (Logical Link Control, LLC) обеспечивает управление перегрузкой и уведомление о ней, фильтрацию сообщений и функции управления восстановлением. Подуровень управление доступом к каналу связи (Medium Access Control, MAC) выполняет инкапсуляцию/декапсуляцию (расформирование) данных, обнаружение ошибок и защиту от них, битстаффинг/дестаффинг (битовое наполнение/удаление наполняющего бита), функции преобразования в последовательную форму и обратно. Подуровни соединения с физической средой (Physical Medium Attachment — PMA) и среда — зависимого интерфейса (Medium Dependent Interface, MDI) — две части физического уровня, не определенные в CAN. Подуровень физической сигнализации (Physical Signaling — PS), наоборот, определен в спецификации CAN. Разработчик может выбрать любой драйвер/приемник и среду передачи, если они соответствуют требованиям PS-подуровня.
Международная организация по стандартизации ISO (International Standards Organization) определила стандарт, который включает спецификацию CAN в качестве физического уровня. Стандарт ISO-11 898 определяет физический уровень для обеспечения совместимости между приемопередатчиками CAN. CAN-контроллер обычно реализует всю спецификацию CAN на аппаратном уровне, как это показано на Рисунке 1, при этом PMA- подуровень не определяется CAN, однако, он определен в стандарте ISO-11 898−2.
Внедрение CAN FD позволяет увеличить скорость передачи по шине CAN до 5 Мбит/сек для линейной топологии сети и до 2 Мбит/сек для топологии типа звезда. Это достигается за счет увеличения скорости передачи только битовых интервалов данных и увеличения длины поля данных до 64 байт. Классический вариант шины СAN широко применяется на России. Однако до недавнего времени в России устройства отечественной разработки со скоростной шиной CAN FD на отечественной элементной базе отсутствовали. И хотя аппаратно-программный комплекс, имеющий в своем составе модуль ввода-вывода CAN FD, предназначенный для построения систем управления жесткого реального времени в порядке инициативы и был разработан на основе российских комплектующих, то отечественных приемопередатчиков стандарта CAN FD на России по заключению компании Марафон [6] по-прежнему нет, соответственно, такие микросхемы представляют повышенный интерес для разработчиков.
Гальванически изолированные приемопередатчики ADM3055E и ADM3057E компании Analog Devices
Основываясь на необходимости обеспечения промышленных систем автоматики, систем автоматизации зданий, энергетических систем, сетей военного и авиакосмического оборудования высокой скорости передачи данных, расширенной функциональности и надежной гальванической изоляции, компания Analog Devices, Inc. расширила свою линейки приемопередатчиков для сетей CAN двумя новыми микросхемами ADM3055E [8] и ADM3057E [9] ориентированными на CAN FD. Оба приемопередатчика от Analog Devices имеют одинаковую блок-схему, показанную на Рисунке 2 [10] и, при прочих одинаковых характеристиках, отличаются корпусами и прочностью изоляции.
Международная организация по стандартизации ISO (International Standards Organization) определила стандарт, который включает спецификацию CAN в качестве физического уровня. Стандарт ISO-11 898 определяет физический уровень для обеспечения совместимости между приемопередатчиками CAN. CAN-контроллер обычно реализует всю спецификацию CAN на аппаратном уровне, как это показано на Рисунке 1, при этом PMA- подуровень не определяется CAN, однако, он определен в стандарте ISO-11 898−2.
Внедрение CAN FD позволяет увеличить скорость передачи по шине CAN до 5 Мбит/сек для линейной топологии сети и до 2 Мбит/сек для топологии типа звезда. Это достигается за счет увеличения скорости передачи только битовых интервалов данных и увеличения длины поля данных до 64 байт. Классический вариант шины СAN широко применяется на России. Однако до недавнего времени в России устройства отечественной разработки со скоростной шиной CAN FD на отечественной элементной базе отсутствовали. И хотя аппаратно-программный комплекс, имеющий в своем составе модуль ввода-вывода CAN FD, предназначенный для построения систем управления жесткого реального времени в порядке инициативы и был разработан на основе российских комплектующих, то отечественных приемопередатчиков стандарта CAN FD на России по заключению компании Марафон [6] по-прежнему нет, соответственно, такие микросхемы представляют повышенный интерес для разработчиков.
Гальванически изолированные приемопередатчики ADM3055E и ADM3057E компании Analog Devices
Основываясь на необходимости обеспечения промышленных систем автоматики, систем автоматизации зданий, энергетических систем, сетей военного и авиакосмического оборудования высокой скорости передачи данных, расширенной функциональности и надежной гальванической изоляции, компания Analog Devices, Inc. расширила свою линейки приемопередатчиков для сетей CAN двумя новыми микросхемами ADM3055E [8] и ADM3057E [9] ориентированными на CAN FD. Оба приемопередатчика от Analog Devices имеют одинаковую блок-схему, показанную на Рисунке 2 [10] и, при прочих одинаковых характеристиках, отличаются корпусами и прочностью изоляции.
Рисунок 2. Блок-схема приемопередатчиков для сетей CAN FD ADM3055E и ADM3057E компании Analog Devices.
Приемопередатчики ADM3055E и ADM3057E и являются гальванически изолированными. Для объединения двухканального изолятора и приемопередатчика в единый корпус для поверхностного монтажа типа SOIC, в них используется уже давно и хорошо зарекомендовавшая себя технология iCoupler, принцип действия такого изолятора детально описан в [7] и в общем виде показан на Рисунке 3. Это позволяет разработчикам реализовать в своих проектах гальваническую развязку, которой не будут свойственны присущие оптопарам ограничения в стоимости, размерах, энергопотреблении, эффективности и надежности. Эти компоненты с трансформаторной гальванической развязкой являются безопасной, надежной и простой в использовании альтернативой оптопарам, что подтверждается их практическим внедрением более чем в миллиарде каналов изоляции.
Рисунок 3. Принцип действия изолятора iCoupler компании Analog Devices.
Используемая технология iCoupler, позволила объединить трехканальный изолятор, приемопередатчик CAN и преобразователь постоянного тока isoPower с низким уровнем излучаемых электромагнитных помех (ЭМП) в единую интегральную схему небольшого размера для поверхностного монтажа в 20-выводных корпусах версий SOIC. Трансивер может питаться от 3,3 В или 5 В от одного источника, что обеспечивает полностью изолированное решение для CAN и CAN FD. Что касается электромагнитной совместимости, которая часто является проблемой изолированных интерфейсов [11] из-за повышенного уровня излучения электромагнитных помех, что причина которых высокая рабочая частота DC/DC-преобразователя, то для рассматриваемых микросхем за счет непрерывной регулировки рабочей частоты преобразования, при использовании на двухслойной печатной плате с ферритами, находится на 6 дБ ниже пределов Класса B по стандарту EN 55 022.
Для чего нужна гальваническая развязка? При подключении к промышленному оборудованию важнейшая задача — не допустить вмешательства в работу систем и обеспечить их бесперебойное функционирование. Гальваническая развязка препятствует протеканию токов, позволяя передавать данные, защищая как тестируемое устройство, так и оборудование отладки. Например, при подключении консоли отладки (портативного компьютера) существует ряд источников угроз, как это показано на Рисунке 4 [12]:
• Если устройство отладки заземлено, разность потенциалов по цепям заземления может привести к появлению контурных токов.
• Если устройство отладки не заземлено, то во время проведения испытания возможен статический разряд на тестируемом оборудовании.
• В индустриальных сетях передачи информации возможно появление опасного уровня напряжения из-за наличия коммутационных помех от двигателей и реле.
• Простейшее диагностическое оборудование (такое как ноутбуки) может не иметь уровня защиты интерфейса, сопоставимого с требованиями к промышленному оборудованию.
Для чего нужна гальваническая развязка? При подключении к промышленному оборудованию важнейшая задача — не допустить вмешательства в работу систем и обеспечить их бесперебойное функционирование. Гальваническая развязка препятствует протеканию токов, позволяя передавать данные, защищая как тестируемое устройство, так и оборудование отладки. Например, при подключении консоли отладки (портативного компьютера) существует ряд источников угроз, как это показано на Рисунке 4 [12]:
• Если устройство отладки заземлено, разность потенциалов по цепям заземления может привести к появлению контурных токов.
• Если устройство отладки не заземлено, то во время проведения испытания возможен статический разряд на тестируемом оборудовании.
• В индустриальных сетях передачи информации возможно появление опасного уровня напряжения из-за наличия коммутационных помех от двигателей и реле.
• Простейшее диагностическое оборудование (такое как ноутбуки) может не иметь уровня защиты интерфейса, сопоставимого с требованиями к промышленному оборудованию.
Рисунок 4. Возможные опасности и риски при отсутствии гальванической развязки промышленного оборудования.
Выпущенные компанией Analog Devices трансиверы ADM3055E и ADM3057E имеют изоляционное напряжение шины 5 кВ и 3 кВ (среднеквадратичное). Для устройств физического уровня CAN и CAN FD, будь это автомобиль или индустриальная сфера, важно иметь устойчивость к крайне жестким условиям среды эксплуатации, но из-за специфики применения они должны быть и как можно меньше. Поэтому для того чтобы уменьшить занимаемое интерфейсом пространство на плате и уменьшить затраты на разработку конечного приложения, необходимо обеспечить соответствие стандартам по устойчивости к повышенным напряжениям и электростатическим разрядам (ESD) на уровне системы.
Кроме того, ошибкой на производственных линиях и довольно распространенной, является случайное подключение к шинам более высокого напряжения, чем рабочее, на которое они рассчитаны. Источники питания также могут быть закорочены из-за случайного повреждения кабелей во время работы системы. Нельзя забывать также и о переходных процессах, связанных с индуктивностью линий при их коммутации и Представляемые трансиверы обеспечивают схему защиты для входов CANH и CANL непосредственно на кристалле.
Что касается устойчивости к вполне вероятному короткому замыканию, то сигнальные линии трансиверов ADM3055E и ADM3057E могут выдерживать непрерывное короткое замыкание питания относительно GND2 или между линиями шины без повреждений. Они имеют ограничение выходного тока и встроенную защиту от перегрева кристалла в случае коротких замыканий на выходе. Дополнительные функции включают в себя блокировку шины в случае неисправности (Dominant timeout) — доминантный тайм-аут, обеспечивающий прерывание передачи и автоматические восстановление после снятия неисправности (замыкания).
Еще одной особенностью трансиверы ADM3055E и ADM3057E являются низкие задержки распространения через изоляционный барьер, что позволяют использовать более длинные кабели шины. С целью еще большего уменьшения уровня ЭМП можно использовать режим управления крутизной фронтов (Slope control mode), который доступен для стандартной CAN при низких скоростях передачи данных. Также в трансиверах предусмотрен режим ожидания (Standby mode). В этом режиме энергопотребление, когда шина простаивает или если узел отключается, сводится к минимуму. Этот режим позволяет игнорировать вход TXD и оставаться только в режиме прослушивания. Доминантный тайм-аут настраивается от 0,5 мс до 4 мс.
Режим CAN FD определен стандартом ISO 11 898−2: 2016 [13] (1) В соответствии с рекомендациями CiA 601−3 по битовой синхронизации, он подходит для битовых скоростей фазы данных 4 Мбит/с с использованием топологии шины с короткими шлейфами.
Как уже было сказано, доминирующий тайм-аут ограничивает продолжительность передачи трансивером в доминирующем состоянии. Когда на выводе TXD отображается высокий логический уровень, нормальная функциональность TXD восстанавливается. Минимальный доминирующий тайм-аут передачи также по своей сути определяет минимальную скорость передачи данных. При нормальной работе протокол CAN допускает пять последовательных битов одной полярности перед вставкой битов противоположной полярности в передаваемую битовую последовательность. При обнаружении ошибки контроллер CAN намеренно нарушает правила заполнения битами, создавая шесть последовательных доминирующих битов. При любой заданной скорости передачи данных контроллер CAN должен передать до одиннадцати последовательных доминирующих битов, чтобы эффективно ограничить скорость передачи данных приемопередатчиков до 9600 бит/с [15].
Цифровые изоляторы в ADM3055E и ADM3057E, основанный на технологии гальванической изоляции iCoupler, не только соответствуют, но и значительно превосходит требование отраслевого стандарта по скорости передачи данных 5 Мбит/с, предлагая 12 Мбит/с. Благодаря этому уже сегодня можно создавать сети следующего поколения. При этом обе микросхемы приемопередатчиков полностью совместима с существующими стандартами CAN и CAN FD. Они характеризуются повышенной надежностью, что позволяет упростить проектирование и ускорить выход на рынок CAN-узлов с полноценной защитной изоляцией.
Основные технические характеристики приемопередатчиков ADM3055E / ADM3057E:
- Приемопередатчик CAN с гальванической развязкой сигналов и питания;
- Выдерживаемое напряжение изоляционного барьера: ADM3055E — 5 кВ (с.к.з); ADM3057E — 3 кВ (с.к.з);
- Интегрированный преобразователь постоянного напряжения с гальванической развязкой isoPower;
- Вывод VIO для интерфейса с логическими уровнями от 1,7 В до 5,5 В;
- Соответствует требованиям ISO 11 898−2: 2016 (CAN FD);
- Скорости передачи данных до 12 Мбит/с для CAN-FD;
- Малая задержка распространения: 150 нс;
- Расширенный диапазон синфазных напряжений: ±25 В;
- Защита от отказов при напряжении на выводах CAN_H и CAN_L шины: до ±40 В;
- Режим ожидания с пониженным энергопотреблением и поддержкой удаленного пробуждения
- Дополнительный канал гальванической развязки для сигнала управления (например, переключателями нагрузки);
- Удовлетворяет требованиям EN 55 022 Class B с запасом 6 дБ (при использовании на двухслойной печатной плате с ферритами);
- Поверхностный путь утечки/изоляционное расстояние для 20-выводного корпуса, мин.: ADM3055E — 8,3 мм (SOIC_IC), ADM3057E — 7,8 мм (SOIC_W);
- Высокая устойчивость к импульсным синфазным помехам: ≥75 кВ/мкс;
- Промышленный температурный диапазон: от −40°C до +105°C;
- Сертификаты и стандарты безопасности (ADM3055E):
- Сертификат соответствия VDE, VDE V 0884−10 (ожидается)
- VIORM = 849 В, пик.
- UL: 5700 В (с.к.з.), в течение 1 минуты в соответствии с UL 1577 (ожидается)
- Уведомление о прохождении приемочных испытаний по CSA 5A при 5 кВ (с.к.з.) (ожидается)
- IEC 60 950−1, IEC 61 010−1.
- Сертификат соответствия VDE, VDE V 0884−10 (ожидается)
ADM3057E-EP соответствует требованиям к оборонной и авиационно-космической технике (стандарт AQEC) [16]:
• Военный температурный диапазон: от -55°C до +125°C;
• Контролируемая производственная база;
• Одна площадка сборки/испытаний;
• Одна производственная площадка;
• Оперативное и подробное оповещение о внесении изменений в продукт;
• Сертификационные данные (доступны по запросу);
• Габариты компонента соответствуют V62/19 604.
Области применения приемопередатчиков ADM3056E / ADM3057E:
• CANOpen, DeviceNet и другие варианты реализации шины CAN, включая CAN FD;
• Инвертеры солнечных панелей и управление аккумуляторными батареями;
• Управление электродвигателями и технологическими процессами;
• Промышленная автоматика;
• Транспорт и инфраструктура;
• Системы управления зданиями («умный дом»);
• Системы военного и аэрокосмического назначения (ADM3057E-EP).
Доступные инструменты для разработки
Для разработчиков уже готовы модели IBIS и оценочная платформа. Оценочная плата EVAL-ADM3055EEBZ (Рисунок 5) позволяет пользователю оценивать характеристики приемопередатчиков сетей CAN или CAN FD с гальванической развязкой сигналов и питания ADM3055E и ADM3057E [17]. Все функции ADM3055 могут быть задействованы на плате без применения внешних компонентов.
Рисунок 5. Оценочная плата EVAL-ADM3055EEBZ.
Основные технические характеристики оценочной платы EVAL-ADM3055EEBZ:
• Приемопередатчик ADM3055E с интегрированным изолированным преобразователем постоянного напряжения isoPower;
• Двухслойная печатная плата с низким уровнем излучаемых помех, удовлетворяет требованиям EN55022 Class B;
• Интегрированные на плате стабилизаторы с малым падением напряжения (LDO), формирующие напряжение 5 В для вывода VCC ADM3055E из входного напряжения 6 В — 9 В;
• Разъемы с винтовым зажимом для следующих соединений;
• Входное напряжение 6 В — 9 В LDO-стабилизатора для формирования напряжения питания 5 В на выводах VCC и VIO;
• Непосредственное подключение напряжения питания 5 В к выводу VCC;
• Непосредственное подключение напряжения питания 1,7 В — 5 В к выводу VIO;
• Сигналы выводов TXD, RXD, STBY, SILENT, AUXIN, AUXOUT и RS;
• Раздельные слои заземления GND1 и GND2 на печатной плате;
• Разъемы SMA для сигналов на выводах TXD и RXD.
Плата EVAL-ADM3055EEBZ поставляется с предустановленной микросхемой ADM3055E.
Полная спецификация ADM3055E и ADM3057E доступна в технических описаниях компонентов, к которым следует обращаться в дополнение к руководству пользователя при работе с платой EVAL-ADM3055EEBZ. Плата EVAL-ADM3055EEBZ совместима с приемопередатчиком ADM3057E и может быть использована для оценивания его характеристик. ADM3055E и ADM3057E функционально эквивалентны и различаются только корпусами, а также характеристиками изоляции.
Еще один доступный вариант — это оценочная плата EVAL-ADM3055E-ARDZ [18] для CAN FD Arduino Shield, показанная на Рисунке 6. Плата имеет дополнительный изолированный цифровой канал для динамической конфигурации оконечной нагрузки шины, поддерживаются пониженное энергопотребление в режиме ожидания и удаленный запрос на пробуждение. Форм-фактор платы совместим с платой расширения для Arduino.
• Приемопередатчик ADM3055E с интегрированным изолированным преобразователем постоянного напряжения isoPower;
• Двухслойная печатная плата с низким уровнем излучаемых помех, удовлетворяет требованиям EN55022 Class B;
• Интегрированные на плате стабилизаторы с малым падением напряжения (LDO), формирующие напряжение 5 В для вывода VCC ADM3055E из входного напряжения 6 В — 9 В;
• Разъемы с винтовым зажимом для следующих соединений;
• Входное напряжение 6 В — 9 В LDO-стабилизатора для формирования напряжения питания 5 В на выводах VCC и VIO;
• Непосредственное подключение напряжения питания 5 В к выводу VCC;
• Непосредственное подключение напряжения питания 1,7 В — 5 В к выводу VIO;
• Сигналы выводов TXD, RXD, STBY, SILENT, AUXIN, AUXOUT и RS;
• Раздельные слои заземления GND1 и GND2 на печатной плате;
• Разъемы SMA для сигналов на выводах TXD и RXD.
Плата EVAL-ADM3055EEBZ поставляется с предустановленной микросхемой ADM3055E.
Полная спецификация ADM3055E и ADM3057E доступна в технических описаниях компонентов, к которым следует обращаться в дополнение к руководству пользователя при работе с платой EVAL-ADM3055EEBZ. Плата EVAL-ADM3055EEBZ совместима с приемопередатчиком ADM3057E и может быть использована для оценивания его характеристик. ADM3055E и ADM3057E функционально эквивалентны и различаются только корпусами, а также характеристиками изоляции.
Еще один доступный вариант — это оценочная плата EVAL-ADM3055E-ARDZ [18] для CAN FD Arduino Shield, показанная на Рисунке 6. Плата имеет дополнительный изолированный цифровой канал для динамической конфигурации оконечной нагрузки шины, поддерживаются пониженное энергопотребление в режиме ожидания и удаленный запрос на пробуждение. Форм-фактор платы совместим с платой расширения для Arduino.
Рисунок 6. Оценочная плата EVAL-ADM3055E-ARDZ.
Заключение
Гибкость в проектировании сетевых систем — одно из ключевых преимуществ технологии CAN и ее логического продолжения CAN FD. Именно эта ее характерная черта создала конкуренцию промышленным протоколам на физическом уровне автоматизации современного предприятия [2]. Однако оптимизация сетевой системы CAN в соответствии с различными критериями требует глубоких знаний в области электроники, что необходимо для того чтобы, оценив компромиссы и применив функционально-стоимостной анализ, выбрать оптимальное решение. Выход — это иметь полностью завершенные стандартные решения физического уровня.
В этом несомненно на помощь разработчикам придут выпущенные компанией Analog Devices приемопередатчики ADM3055E и ADM3057E, которые уже сочетают в себе каналы гальванической развязки для логических сигналов с амплитудной манипуляцией и преобразователь постоянного напряжения isoPower, что в значительной мере упрощает проектирование интерфейса CAN на уровне устройства. Такие устройства, учитывая их широкий диапазон рабочих температур, являются идеальными для самых разнообразных транспортных и индустриальных приложений.
Изолированные приемопередатчики шины CAN компании Analog Devices обеспечивают дифференциальный интерфейс физического уровня между канальным уровнем, аппаратным протоколом (например, встроенным в некоторые процессоры Blackfin® от компании Analog Devices) и физическим проводным соединением шины CAN. Ассортимент компании включает в себя приемопередатчики со встроенной изоляцией iCoupler® и isoPower®, предоставляя готовый изолированный физический уровень (PHY) шины CAN, включая CAN FD. Полная информация по описанным продуктам доступна на сайте компании по указанным в статье ссылка и у ее авторизованных дилеров. Дополнительная информация по последним решениям изолированных интерфейсов приведена на сайте компании [19] и в руководстве по выбору [20].
Литература:
1. What is Can Bus? // canbuskits.com/what.php
2. Роберт Джи (Robert Gee), перевод и дополнения Владимир Рентюк. CAN против RS 485: почему тенденция направлена в сторону CAN. // Компоненты и технологии. 2018. №1.
3. ISO 11898-1:2015 Road vehicles – Controller area network (CAN) – Part 1: Data link layer and physical signalling // https://www.iso.org/ru/standard/63648.html
4. ГОСТ Р ИСО 11898-1-2015 «Транспорт дорожный. Местная контроллерная сеть (CAN). Часть 1. Канальный уровень и передача сигналов» // http://docs.cntd.ru/document/1200126802
5. Pat Richards. A CAN Physical Layer Discussion, AN228. Microchip Technology Inc. // https://www.microchip.com/wwwAppNotes/AppNotes.aspx?appnote=en012057
6. Шина CAN FD // http://can.marathon.ru/page/canbus-fd
7. Иоффе Д., Романов О. Изолирующие микросхемы на основе технологии iCoupler фирмы Analog Devices // Компоненты и технологии. 2006. № 7.
8. ADM3055E. Приемопередатчик CAN-FD с гальванической развязкой сигналов и питания, выдерживаемое напряжение 5 кВ, ср.кв. // https://www.analog.com/ru/products/adm3055e.html#product-overview
9. ADM3057E. Приемопередатчик CAN-FD с гальванической развязкой сигналов и питания, выдерживаемое напряжение 3 кВ, ср.кв. // https://www.analog.com/ru/products/adm3057e.html#product-overview
10. ADM3055E/ADM3057E 5 kV rms/3 kV rms, Signal and Power Isolated, CAN Transceivers for CAN FD. Data Sheet, 2018–2019 Analog Devices, Inc. Rev. B // https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADM3055E-3057E.pdf
11. Рентюк В. Практические вопросы применения ИМС изолированного интерфейса в части выполнения требования по электромагнитной совместимости. // Компоненты и технологии. 2015. №3.
12. Конал Уоттерсон (Conal Watterson) перевод: Александр Сидоров. Цифровые изоляторы iCoupler со встроенной технологией isoPower: простое решение для промышленных приложений. // Компоненты и технологии. // Компоненты и технологии. 2016. №7.
13. ISO 11898-2:2016 Road vehicles – Controller area network (CAN) – Part 2: High-speed medium access unit. // https://www.iso.org/ru/standard/67244.html
14. ГОСТ Р ИСО 11898-2-2015 Транспорт дорожный. Местная контроллерная сеть (CAN). Часть 2. Устройство доступа к высокоскоростной среде // http://docs.cntd.ru/document/1200126803
15. Galvanic-isolated CAN FD transceivers Analog Devices and Texas Instruments offer galvanic-isolated transceivers for CAN FD networks. These components comply with ISO 11898-2:2016. // file:///C:/Users/XTreme.ws/AppData/Local/Temp/19-3_p28_galvanic_isolated_can_fd_transceivers_holger_zeltwanger_cia_analog_devices_texas_instruments-2.pdf
16. ADM3057E-EP 3 kV RMS, Signal and Power Isolated, CAN Transceiver for CAN FD Enhanced Product. Data Sheet, 2020 Analog Devices, Inc. Rev. 0 // https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADM3057E-EP.pdf
17. EVAL-ADM3055E. Оценочная плата ADM3055E // https://www.analog.com/ru/design-center/evaluation-hardware-and-software/evaluation-boards-kits/eval-adm3055e.html#eb-overview
18. EVAL-ADM3055E-ARDZ. 5 kV rms Signal and Power Isolated CAN Transceiver for CAN FD Arduino Shield // https://www.analog.com/ru/design-center/evaluation-hardware-and-software/evaluation-boards-kits/EVAL-ADM3055E-ARDZ.html#eb-overview
19. Технология цифровой изоляции // https://www.analog.com/ru/products/interface-isolation/isolation.html
20. Digital Isolation and Interface Technology Selection Guide 2020. 2020 Analog Devices, Inc. G20806-1/20(B) // https://www.analog.com/media/en/news-marketing-collateral/product-selection-guide/digital-isolation-and-interface-technology-selection-guide-2020.pdf
1. What is Can Bus? // canbuskits.com/what.php
2. Роберт Джи (Robert Gee), перевод и дополнения Владимир Рентюк. CAN против RS 485: почему тенденция направлена в сторону CAN. // Компоненты и технологии. 2018. №1.
3. ISO 11898-1:2015 Road vehicles – Controller area network (CAN) – Part 1: Data link layer and physical signalling // https://www.iso.org/ru/standard/63648.html
4. ГОСТ Р ИСО 11898-1-2015 «Транспорт дорожный. Местная контроллерная сеть (CAN). Часть 1. Канальный уровень и передача сигналов» // http://docs.cntd.ru/document/1200126802
5. Pat Richards. A CAN Physical Layer Discussion, AN228. Microchip Technology Inc. // https://www.microchip.com/wwwAppNotes/AppNotes.aspx?appnote=en012057
6. Шина CAN FD // http://can.marathon.ru/page/canbus-fd
7. Иоффе Д., Романов О. Изолирующие микросхемы на основе технологии iCoupler фирмы Analog Devices // Компоненты и технологии. 2006. № 7.
8. ADM3055E. Приемопередатчик CAN-FD с гальванической развязкой сигналов и питания, выдерживаемое напряжение 5 кВ, ср.кв. // https://www.analog.com/ru/products/adm3055e.html#product-overview
9. ADM3057E. Приемопередатчик CAN-FD с гальванической развязкой сигналов и питания, выдерживаемое напряжение 3 кВ, ср.кв. // https://www.analog.com/ru/products/adm3057e.html#product-overview
10. ADM3055E/ADM3057E 5 kV rms/3 kV rms, Signal and Power Isolated, CAN Transceivers for CAN FD. Data Sheet, 2018–2019 Analog Devices, Inc. Rev. B // https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADM3055E-3057E.pdf
11. Рентюк В. Практические вопросы применения ИМС изолированного интерфейса в части выполнения требования по электромагнитной совместимости. // Компоненты и технологии. 2015. №3.
12. Конал Уоттерсон (Conal Watterson) перевод: Александр Сидоров. Цифровые изоляторы iCoupler со встроенной технологией isoPower: простое решение для промышленных приложений. // Компоненты и технологии. // Компоненты и технологии. 2016. №7.
13. ISO 11898-2:2016 Road vehicles – Controller area network (CAN) – Part 2: High-speed medium access unit. // https://www.iso.org/ru/standard/67244.html
14. ГОСТ Р ИСО 11898-2-2015 Транспорт дорожный. Местная контроллерная сеть (CAN). Часть 2. Устройство доступа к высокоскоростной среде // http://docs.cntd.ru/document/1200126803
15. Galvanic-isolated CAN FD transceivers Analog Devices and Texas Instruments offer galvanic-isolated transceivers for CAN FD networks. These components comply with ISO 11898-2:2016. // file:///C:/Users/XTreme.ws/AppData/Local/Temp/19-3_p28_galvanic_isolated_can_fd_transceivers_holger_zeltwanger_cia_analog_devices_texas_instruments-2.pdf
16. ADM3057E-EP 3 kV RMS, Signal and Power Isolated, CAN Transceiver for CAN FD Enhanced Product. Data Sheet, 2020 Analog Devices, Inc. Rev. 0 // https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADM3057E-EP.pdf
17. EVAL-ADM3055E. Оценочная плата ADM3055E // https://www.analog.com/ru/design-center/evaluation-hardware-and-software/evaluation-boards-kits/eval-adm3055e.html#eb-overview
18. EVAL-ADM3055E-ARDZ. 5 kV rms Signal and Power Isolated CAN Transceiver for CAN FD Arduino Shield // https://www.analog.com/ru/design-center/evaluation-hardware-and-software/evaluation-boards-kits/EVAL-ADM3055E-ARDZ.html#eb-overview
19. Технология цифровой изоляции // https://www.analog.com/ru/products/interface-isolation/isolation.html
20. Digital Isolation and Interface Technology Selection Guide 2020. 2020 Analog Devices, Inc. G20806-1/20(B) // https://www.analog.com/media/en/news-marketing-collateral/product-selection-guide/digital-isolation-and-interface-technology-selection-guide-2020.pdf