ZHCAAF6F May 2021 – August 2022 ISO1042 , ISO1042-Q1 , ISO1044 , ISO1050 , ISOW1044
1 應用簡報
引言：隔離式 CAN
由于其出色的優(yōu)先級劃分和仲裁能力，CAN 接口一直是業(yè)界比較常用的一種串行通信標準。在具有不同電壓域的系統(tǒng)中，隔離通常用于在出現(xiàn)任何故障時保護低壓側免受高壓側影響。隔離還會中斷任何接地回路，只允許傳輸所需的信號，從而提高信號質量。
隔離式 CAN 用于與各種應用中的微控制器進行通信，例如光伏逆變器、斷路器、電機驅動器、PLC 通信模塊、通信電源整流器、電梯、HVAC 和 EV 充電基礎設施。
隔離式 CAN 大致可分為兩種類型：
- 基本型隔離：在電梯和 HVAC 等一些應用中，電路板之間使用 CAN 信號進行通信，且 CAN 線路不會受到正常工作中的高壓差的影響。在這種情況下，從隔離的角度來說，基礎型隔離 CAN 就足夠了。圖 1-1 顯示了一個電梯示例，其中呼叫按鈕操作面板和通信板之間的通信是通過隔離型 CAN 實現(xiàn)的。
圖 1-1 電梯中的隔離式 CAN - 增強型隔離：對于光伏逆變器應用，工作電壓要求更高，且隔離器必須滿足電氣安全標準，因此需要加強隔離。圖 1-2 顯示了熱側控制模塊和冷側計算機通信板或人機界面 (HMI) 之間使用的隔離式 CAN 示例。
圖 1-2 光伏逆變器中的隔離式 CAN
除了隔離等級之外，隔離式 CAN 器件其他重要的注意事項是 ESD、EMC、EFT 浪涌性能，因為隔離式 CAN 仍然在有噪聲的工業(yè)環(huán)境中運行，并且可能會遇到一些高壓干擾。
性能注意事項
- 關斷電壓或直流總線故障保護電壓：該電壓表示在不損壞器件的情況下能夠施加到 CANH 和 CANL 的最大電壓。電源短路到 CANH/CANL 的概率取決于 CANH/CANL 信號相對于高壓電源線的布線方式。如果所有信號和電源線都在同一線束中，則建議采用更高的關斷電壓。
- 數(shù)據(jù)速率：傳統(tǒng) CAN 的數(shù)據(jù)速率限制為 1Mbps。但是，新型 CAN 靈活數(shù)據(jù)速率 (FD) 收發(fā)器設計的數(shù)據(jù)速率高達 5Mbps，從而提高了時序裕量，并允許在遠距離、高負載網(wǎng)絡中實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。有關更多信息，請參閱 CAN FD 博客。
- 尺寸：對于空間受限的應用來說，隔離器和 CAN 收發(fā)器的分立實施可能并不可行。將隔離和 CAN 集成在單個封裝中能夠緩解這一問題。
- 共模瞬態(tài)抗擾度 (CMTI)：CMTI 是指在不影響另一側的情況下，隔離一側共模電壓的最大變化率。它的測量單位為 dv/dt ，CMTI 越高，從一側到另一側的共模擺幅保護就越強。
- 共模電壓范圍：該電壓決定了 CAN 器件在不引起數(shù)據(jù)錯誤的情況下可容忍的共模變化。在有噪聲的環(huán)境中，更高的共模范圍允許無錯誤通信。在集成隔離的情況下，共模電壓不像在非隔離情況下那么重要。
新型隔離式 CAN
ISO1042 是最新 EMC 優(yōu)化隔離式 CAN 收發(fā)器，具有 70V 關斷電壓和 CAN FD。該器件將 TCAN1042 內(nèi)核的高性能與穩(wěn)健的 ISO7721 隔離功能一同集成在單個封裝中，以提供符合 ISO11898-2 (2016) 標準規(guī)范的電氣隔離式 CAN 收發(fā)器。
隔離性能
表 1-1 顯示了 ISO1042 隔離等級與市場上其他隔離式 CAN 器件的比較。
| 參數(shù) | ISO1042 | 競品器件 A | 競品器件 B |
|---|---|---|---|
| 工作電壓 (VRMS) | 1000 | 600 | 800 |
| 隔離電壓 (VRMS) | 5000 | 5000 | 5000 |
| 浪涌測試電壓 (VPK) | 10000 | 10000 | 6000 |
| 最小 CMTI (kV/μs) | 85 | 25 | 45 |
ISO1042 采用隔離柵，其中電介質材料 SiO2 防潮并耐高溫。因此提供了行業(yè)內(nèi)最高的工作電壓，確保這些器件具有更高的裕度和更長的使用壽命。ISO1042 器件的浪涌額定值為 10kVPK，符合增強型隔離標準。ISO1042 具有更高的 CMTI 規(guī)格，能為隔離器兩側提供更強的抗噪聲干擾能力，從而保持信號完整性。
CAN 性能
表 1-2 列出了各種隔離式 CAN 器件的 CAN 性能。
| 參數(shù) | ISO1042 | 競品器件 A | 競品器件 B |
|---|---|---|---|
| 支持 CAN FD | 是 | 否 | 是 |
| 最大數(shù)據(jù)速率 (Mbps) | 5 | 1 | 5 |
| 總線保護電壓 (V) | ±70 | ±36 | ±58 |
| 共模電壓范圍 (V) | ±30 | 未指定 | ±25 |
| VCC1 范圍 (V) | 1.71 至 5.5 | 3 至 5 | 3 至 5.25 |
| VCC2 范圍 (V) | 4.5 至 5.5 | 4.75 至 5.25 | 4.8 至 5.3 |
ISO1042 支持高達 5Mbps 的 CAN FD，而傳統(tǒng) CAN 數(shù)據(jù)速率為 1Mbps，因此與傳統(tǒng) CAN 相比，ISO1042 提供的數(shù)據(jù)有效載荷增加了近 8 倍。與其他器件相比，最高的總線保護電壓為該器件提供了更大的裕度，從而可承受電纜接線錯誤或電源短路的情況。此外，高共模范圍允許器件能夠在有噪聲的系統(tǒng)中工作。ISO1042 邏輯電平為 1.71V 至 5.5V ， 可直接連接到 MCU 上，無需任何電平轉換器。最后，次級側電源具有 10% 的容差，從而降低了對用于隔離式電源的 LDO 的要求。
尺寸注意事項：封裝
ISO1042 可采用兩種封裝，如圖 1-3 所示。16 引腳 SOIC (DW) 是業(yè)界通用的隔離式 CAN 封裝，而 8 引腳 SOIC (DWV) 是一種更小的封裝，與目前可用的其他解決方案相比，可減少一半的布板空間。這兩種封裝均提供 8mm 的爬電距離和間隙，適用于基本和增強型應用。
圖 1-3 ISO1042 封裝選項結論
ISO1042 器件是一款全新的隔離式 CAN 器件，具有卓越的隔離性能和 CAN 性能，可滿足工業(yè)和汽車應用的需求。穩(wěn)健的隔離能力與高關斷電壓和更高速率相結合，可在有噪聲的環(huán)境中實現(xiàn)高效通信。
由于集成了隔離功能和具有保護特性的 CAN ，小型封裝除了減少了元件之外，還進一步減少布板空間。有關分立和集成的隔離式 CAN 解決方案，請查閱如何在隔離式 CAN 系統(tǒng)中隔離信號和電源。