CAN总线隔离收发模块在汽车中的应用

为了满足汽车的安全性、乘坐的舒适性以及驾驶的便捷和人性化，尤其是低排放和低油耗等要求，越来越多的电子传感、检测、控制技术应用于汽车行业中，如何高效处理这些电子设备的数据之间的交换与通讯以及减少通讯过程中的线速进而减小整车质量与布线难度，成为汽车电子行业的瓶颈。CAN总线在汽车电子行业的应用，标志着该行业向着网络化的方向发展。

20世纪80年代德国Bosch公司开发CAN总线，CAN总线即控制区局域网络其英文名为ControllerAreaNetwork,主要应用于汽车的监控与控制设计。具有以下特性：

低成本的现场总线，只需要一条双绞线，可减少现场布线成本与难度；

极高的总线利用率，多组工作方式；

很远的数据传输距离(长达10km)；

高速的数据传输速率(高达1Mbps)，数据交换及时；

可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文，减少总线通讯时间；

可靠的错误处理和检错机制，保证通讯质量可靠；

发送的信息遭到破坏后，可自动重发；

节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能，防止总线崩溃；

报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息；

由于CAN总线具有高效可靠性，一经产生便得到了广泛应用。目前具有多种基于CAN总线的协议产生，如SAEJ1939、SAE2248等。CAN总线的应用实现了电动汽车内部的数据的统一管理与数据共享，满足了汽车电子控制器方面的网络化发展需求。

二、汽车电子控制系统构成

现代汽车主要的ECU单元如图1所示，整车的通讯单元主要由两条总线构成：高速总线、低速总线。高速CAN总线主要是用于驱动系统和安全系统两部分，通讯速率一般高达500kb/s，面对的主要是实时性要求

图1.汽车电子控制单元结构图

较高的控制单元，如发动机控制系统、发电机控制系统、ABS防爆系统等汽车安全性能系统。低速CAN总线主要用于舒适系统和车身系统等部分，通讯的速率比较低，只有100kb/s，面对的主要是实时性要求不高的控制单元，如车门防盗、灯光控制系统、娱乐系统等汽车车身控制系统。对于一些高级轿车，甚至有专门的低速语音娱乐总线，用以提高坐车的舒适度。[page]

汽车各个控制ECU通过CAN总线进行通讯如图2所示，在进行CAN总线通讯时除了要解决好电磁屏蔽之外和端口匹配防反射电阻外，还需要解决各种ECU或者仪表的“地”问题，即信号参考点的电位差。因为不同ECU、仪表的信号要互传互送，那就存在信号参考点问题，换句话说，要使信号完整传送，理想化的情况是所有ECU、仪表的信号只能有一个共同的参考点，即所有ECU仪表信号的参考点之间电位差为“零”。但是在实际环境中，这一点几乎是不可能的，这里面除了各个ECU、仪表“地”之间的连线电阻产生的电压降之外，尚有各种ECU、仪表在不同环境受到的干扰不同，以及各个通讯接点等接触质量不同等诸多因素，致使各个“地”之间有差别，影响了通讯质量。并且CAN接口都有共模电压的限值，需要设计者考虑这一参数的影响。为了信号传输的可靠与稳定，必须要考虑各个信号端口的隔离处理，来消除ECU、仪表接入系统后的“地”电位差和共模噪声干扰的问题。

目前，采用电气隔离方案是解决“地”电位差的有效方法：即单独的ECU单元与外部总线通讯采用隔离方式进行通讯，切断总线与ECU单元之间共地的耦合路径。金升阳CAN总线隔离收发模块可以很好地解决各个ECU之间和仪表之间的“地”电位差的问题；供电部分采用电磁进行隔离，专门的电源降功耗处理，可降低模块的表面温度，延长使用寿命；信号传输部分采用专用的电磁芯片替代传统的光耦方案，可显著改善光耦由于长久使用带来的光衰问题，更可靠。

图2.CAN隔离收发模块连接示意图

三、CAN总线隔离收发模块的应用

金升阳CAN隔离收发模块是集成收发芯片、隔离芯片及DC/DC隔离电源于一体的接口隔离收发模块，可完全取代传统的光耦隔离方案。过去需要收发芯片+隔离芯片/光耦/+隔离电源才能实现的整个隔离收发方案，现在仅需要采用一个CAN隔离收发模摸便可轻松实现，大大简化了客户的设计。

相对于以前的组合方案，TD_CAN系列总线隔离收发模块具有以下优点：

1）更小体积：一般客户采用集成方案体积会比我司产品大25%以上，大大减少占板面积，满足汽车电子的小体积需求。

2）更低功耗：在隔离电源设计上，针对实际通信的电源消耗作了优化设计，能够在保证通信质量的同时，功耗更低；

3）更可靠的长期稳定性设计：在隔离数据传输上，针对传统的光耦进行数字隔离的电路作了优化与严格的设计测试，保证数字隔离传送在整个高低温工作范围内传输可靠，并且设计中考虑了光耦的长期工作的CTR衰减问题，改用更可靠的数字隔离芯片，保证了产品的长期可靠性工作。

4）更高端口防护能力：我司产品有针对端口做专门的防护设计，内部管脚集成防静电器件；

5)更高的隔离耐压3000VDC：可满足汽车、煤矿等环境要求场合高的场合；

6)完整可靠性测试验证：我们产品经过了重重可靠性试验验证；

7)完整的EMC防护电路推荐：考虑到汽车工作的电气复杂性，我司产品有专门的EMC推荐电路可供客户实现更高的防护级别。

TD_CAN系列总线隔离收发器与控制器的接线图如图3所示。

图3.CAN隔离收发器应用接线图

图4.CAN隔离收发模块示意图

四、小结

根据各种不同场合的需求，CAN总线产生了不同的协议需求来满足各个场合的应用，如过程工业、数控机床、电梯控制、机器人、安防等行业。采用模块化设计的CAN总线隔离收发模块，可以缩短端口电气设计的时间，缩短工程的开发周期，提高系统的可靠性。