GERT010 July 2024 TCAN3413 , TCAN3414
Der Industriemarkt entwickelt sich rasant. Neue Technologien werden so konzipiert, dass sie der wachsenden Nachfrage nach Innovation und Effizienz gerecht werden. Industrieanwendungen verwenden viele verschiedene Schnittstellen, einschlie?lich Ethernet, RS-485 und Controller Area Network (CAN), um zeitkritische Daten zwischen verschiedenen Ger?ten zu übertragen. Entwickler müssen bei der Auswahl der zu verwendenden Schnittstelle viele verschiedene Anwendungsszenarien berücksichtigen und unter Umst?nden auch Kompromisse eingehen.
CAN war eines der ersten Protokolle, das eine zuverl?ssige Datenkommunikation in rauen und ger?uschvollen Industrieumgebungen bereitstellte und ist nach wie vor eine beliebte L?sung. CAN-Transceiver, die die Bitübertragungsschicht des CAN-Protokolls bilden, bieten eine hohe Energieeffizienz, hohe Datenraten und eine platzsparende Gr??e und sind gleichzeitig robust und zuverl?ssig. Dadurch eignen sie sich perfekt für viele industrielle Anwendungen. In diesem Artikel stellen wir Ihnen die Vorteile von CAN-Transceivern vor und erl?utern ihre Rolle bei der Optimierung der Effizienz in industriellen Anwendungen.
Abbildung 1 zeigt verschiedene Industrieanwendungen, in denen typischerweise CAN-Transceiver zur Datenübertragung verwendet werden.
Abbildung 1 Solarwechselrichter, unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), HLK-System, speicherprogrammierbare Steuerungen und ein Energiespeichersystem, alle basierend auf CANGew?hrleistung der Kommunikation in industriellen Umgebungen: Die Rolle von CAN-Transceivern
CAN-Transceiver sind in industriellen Automatisierungssystemen unverzichtbar, weil sie die Kommunikation von Bausteinen wie Sensoren, Controllern und Aktuatoren erm?glichen, indem sie digitale Signale in analoge Differenzsignale umwandeln, die über gro?e Entfernungen über einen Bus gesendet werden k?nnen. Der Transceiver stellt sicher, dass Daten zuverl?ssig übertragen werden und das Netzwerk vor elektrischen Sch?den geschützt ist. Dadurch wird der Datenaustausch effizienter und die Kommunikation pr?ziser. Daher sind Zuverl?ssigkeit, eine platzsparende Gr??e und ein geringer Stromverbrauch entscheidend bei der Auswahl eines neuen CAN-Transceivers für Industrieanwendungen.
Sehen wir uns die Bedeutung der Robustheit in industriellen Umgebungen an. Elektrische Gefahrenquellen wie Spannungsspitzen, Transienten und elektrostatische Entladung (ESD) sind h?ufige St?rquellen in industriellen Umgebungen. Bausteine in Bereichen oder Produkte, die anf?llig für ESD sind, wie z. B. Montagelinien, Robotik und Automatisierungssysteme, erfordern einen ESD-Schutz in ihren CAN-Transceivern, um die Sicherheit des Netzwerks zu gew?hrleisten. Durch die Integration eines ESD-Schutzes in den CAN-Transceiver wird sichergestellt, dass dieser Hochspannungsentladungen ohne Fehlfunktion standhalten kann. Darüber hinaus werden in Industrieanwendungen oft lange CAN-Bus-Kabel verwendet, wodurch das Risiko von Busfehlern, wie Kurzschlüssen und überspannungsbedingungen, erh?ht wird. Ger?te, die mit solchen erweiterten Netzwerken verbunden sind, ben?tigen Transceiver mit hohem Busfehlerschutz. Ohne diesen Schutz k?nnen diese Fehlerquellen den Transceiver besch?digen und sich m?glicherweise im gesamten Netzwerk ausbreiten, was zu Kommunikationsunterbrechungen und Systemausfallzeiten führt.
Die CAN-Schnittstelle wird aktuell von verschiedenen Produkten verwendet, wie z. B. von industriellen speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), Motorantrieben, Fernsensoren und Aktuatoren. Industrielle SPS steuern mehrere industrielle Prozesse und sind in der Regel mit gro?en Sensornetzwerken verbunden. Dadurch sind lange Buskabel erforderlich. Motorantriebe steuern Hochleistungsmotoren, die zu Spannungsspitzen und Transienten auf dem CAN-Bus führen k?nnen. In beiden F?llen ist ein robuster Busfehlerschutz für den CAN-Transceiver von entscheidender Bedeutung. Ferngesteuerte Sensoren und Aktuatoren befinden sich h?ufig in der Peripherie des Netzwerks. Aus diesem Grund ist aufgrund der m?glichen Exposition gegenüber statischer Elektrizit?t in der Umgebung ein starker ESD-Schutz erforderlich.
In industriellen Umgebungen, in denen CAN gro?e Entfernungen abdeckt, k?nnen Massepotenzialdifferenzen und Gleichtaktst?rungen zu einer Signalverschlechterung führen. CAN-Transceiver verfügen über einen gr??eren Gleichtaktbereich, um eine zuverl?ssige Signalübertragung über das gesamte Netzwerk zu gew?hrleisten. So ben?tigen beispielsweise Motorantriebe, die h?ufig Masseschleifen und Gleichtaktrauschen erzeugen, Transceiver mit gr??eren Gleichtaktbereichen, um Kommunikationsfehler zu minimieren. Dies dient der Verbesserung der Datenintegrit?t von Motorsteuerungs- und Rückkopplungssignalen.
Sowohl 5-V-CAN- als auch 3,3-V-CAN-Transceiver sind in Industrieanwendungen sehr beliebt. Allerdings k?nnen 3,3-V-CAN-Transceiver zus?tzliche Vorteile bieten, wie z. B. den Wegfall des Low-Dropout-Reglers (LDO) und der Pegelverschiebungsschaltung zwischen dem 3,3-V-Mikrocontroller und dem 5-V-CAN-Transceiver. Mit diesen 3,3-V-CAN-Transceivern l?sst sich das Systemdesign vereinfachen und die Anzahl der Komponenten reduzieren. Au?erdem erm?glichen sie ein kompakteres Endprodukt. Darüber hinaus k?nnen durch den Wegfall des LDO-Reglers die Gesamtsystemkosten gesenkt werden. Abbildung 2 zeigt eine typische Konfiguration für den Betrieb des 3,3-V-Mikrocontrollers und des 3,3-V-CAN-Transceivers.
Abbildung 2 Anwendungsschema eines 3,3-V-CAN-TransceiversBeim Stromverbrauch sind 3,3-V-CAN-Transceiver effizienter als herk?mmliche 5V CAN-Transceiver. Darüber hinaus kann die Abschaltfunktion eines 3,3-V-CAN-Transceivers (z. B. TCAN3414) den Stromverbrauch weiter reduzieren, um die Batterielebensdauer in batteriebetriebenen Anwendungen oder Ger?ten mit strengen Leistungsbeschr?nkungen zu verl?ngern.
Abbildung 3 zeigt 3,3-V- und 5-V-CAN-Transceiver, die nahtlos in einem Netzwerk arbeiten. Die im Lieferumfang enthaltenen 3,3-V-CAN-Transceiver, wie z. B. der TCAN3413 und der TCAN3414 von TI, sind vollst?ndig kompatibel zu 5-V-CAN-Transceivern. Weitere Einzelheiten finden Sie im Whitepaper Für die Automobilindustrie qualifizierte EMV-zertifizierte 3,3-V-CAN-Transceiver.
Abbildung 3 Typisches CAN-Netzwerk mit 3,3-V- und 5-V-CAN-TransceivernFazit
3,3-V-CAN-Transceiver wie der TCAN3413 und der TCAN3414 unterstützen Entwickler bei der Implementierung zuverl?ssiger Schnittstellen, die effizient in industriellen Umgebungen betrieben werden. Sie bieten zahlreiche Funktionen zum Schutz vor verschiedenen Problemen in industriellen Umgebungen. Diese Bausteine umfassen einen ESD-Schutz am Bus bis zu ±10kV gem?? IEC-61000-4-2 (International Electrotechnical Commission), einen hohen Busfehlerschutz von ±58 V und einen gro?en Gleichtakt-Eingangsspannungsbereich des Empf?ngers von ±30V. Mit diesen Funktionen k?nnen Sie Ihr Design für eine zuverl?ssige Kommunikationsverbesserung optimieren und gleichzeitig Platz auf der Platine und Systemkosten sparen.
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