1 应用简报

引言：隔离式 CAN

由于其出色的优先级划分和仲裁能力，CAN 接口一直是业界比较常用的一种串行通信标准。在具有不同电压域的系统中，隔离通常用于在出现任何故障时保护低压侧免受高压侧影响。隔离还会中断任何接地回路，只允许传输所需的信号，从而提高信号质量。

隔离式 CAN 用于与各种应用中的微控制器进行通信，例如光伏逆变器、断路器、电机驱动器、PLC 通信模块、通信电源整流器、电梯、HVAC 和 EV 充电基础设施。

隔离式 CAN 大致可分为两种类型：

• 基本型隔离：在电梯和 HVAC 等一些应用中，电路板之间使用 CAN 信号进行通信，且 CAN 线路不会受到正常工作中的高压差的影响。在这种情况下，从隔离的角度来说，基础型隔离 CAN 就足够了。图 1-1 显示了一个电梯示例，其中呼叫按钮操作面板和通信板之间的通信是通过隔离型 CAN 实现的。
  图 1-1 电梯中的隔离式 CAN
• 增强型隔离：对于光伏逆变器应用，工作电压要求更高，且隔离器必须满足电气安全标准，因此需要加强隔离。图 1-2 显示了热侧控制模块和冷侧计算机通信板或人机界面 (HMI) 之间使用的隔离式 CAN 示例。
  图 1-2 光伏逆变器中的隔离式 CAN

除了隔离等级之外，隔离式 CAN 器件其他重要的注意事项是 ESD、EMC、EFT 浪涌性能，因为隔离式 CAN 仍然在有噪声的工业环境中运行，并且可能会遇到一些高压干扰。

性能注意事项

• 关断电压或直流总线故障保护电压：该电压表示在不损坏器件的情况下能够施加到 CANH 和 CANL 的最大电压。电源短路到 CANH/CANL 的概率取决于 CANH/CANL 信号相对于高压电源线的布线方式。如果所有信号和电源线都在同一线束中，则建议采用更高的关断电压。
• 数据速率：传统 CAN 的数据速率限制为 1Mbps。但是，新型 CAN 灵活数据速率 (FD) 收发器设计的数据速率高达 5Mbps，从而提高了时序裕量，并允许在远距离、高负载网络中实现更高的数据速率。有关更多信息，请参阅 CAN FD 博客。
• 尺寸：对于空间受限的应用来说，隔离器和 CAN 收发器的分立实施可能并不可行。将隔离和 CAN 集成在单个封装中能够缓解这一问题。
• 共模瞬态抗扰度 (CMTI)：CMTI 是指在不影响另一侧的情况下，隔离一侧共模电压的最大变化率。它的测量单位为 dv/dt ，CMTI 越高，从一侧到另一侧的共模摆幅保护就越强。
• 共模电压范围：该电压决定了 CAN 器件在不引起数据错误的情况下可容忍的共模变化。在有噪声的环境中，更高的共模范围允许无错误通信。在集成隔离的情况下，共模电压不像在非隔离情况下那么重要。

新型隔离式 CAN

ISO1042 是最新 EMC 优化隔离式 CAN 收发器，具有 70V 关断电压和 CAN FD。该器件将 TCAN1042 内核的高性能与稳健的 ISO7721 隔离功能一同集成在单个封装中，以提供符合 ISO11898-2 (2016) 标准规范的电气隔离式 CAN 收发器。

隔离性能

表 1-1 显示了 ISO1042 隔离等级与市场上其他隔离式 CAN 器件的比较。

ISO1042 采用隔离栅，其中电介质材料 SiO₂ 防潮并耐高温。因此提供了行业内最高的工作电压，确保这些器件具有更高的裕度和更长的使用寿命。ISO1042 器件的浪涌额定值为 10kV_PK，符合增强型隔离标准。ISO1042 具有更高的 CMTI 规格，能为隔离器两侧提供更强的抗噪声干扰能力，从而保持信号完整性。

CAN 性能

表 1-2 列出了各种隔离式 CAN 器件的 CAN 性能。

ISO1042 支持高达 5Mbps 的 CAN FD，而传统 CAN 数据速率为 1Mbps，因此与传统 CAN 相比，ISO1042 提供的数据有效载荷增加了近 8 倍。与其他器件相比，最高的总线保护电压为该器件提供了更大的裕度，从而可承受电缆接线错误或电源短路的情况。此外，高共模范围允许器件能够在有噪声的系统中工作。ISO1042 逻辑电平为 1.71V 至 5.5V ， 可直接连接到 MCU 上，无需任何电平转换器。最后，次级侧电源具有 10% 的容差，从而降低了对用于隔离式电源的 LDO 的要求。

尺寸注意事项：封装

ISO1042 可采用两种封装，如图 1-3 所示。16 引脚 SOIC (DW) 是业界通用的隔离式 CAN 封装，而 8 引脚 SOIC (DWV) 是一种更小的封装，与目前可用的其他解决方案相比，可减少一半的布板空间。这两种封装均提供 8mm 的爬电距离和间隙，适用于基本和增强型应用。

图 1-3 ISO1042 封装选项