在與控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò) （CAN） 通信總線互連的汽車和工業(yè)系統(tǒng)中，使用的控制器數(shù)量正在不斷增加。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來說，這意味著他們必須考慮寬頻率范圍內(nèi)的電噪聲環(huán)境——從高頻輻射電磁干擾 （EMI） 到共模傳導(dǎo)干擾，以及電機(jī)、繼電器等各種負(fù)載的連接和斷開及交流發(fā)電機(jī) / 發(fā)電機(jī)的啟停引起的電壓尖峰。雖然 CAN 總線適用于惡劣的電氣環(huán)境，但如果沒有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，它們很容易出現(xiàn)各種故障模式。本文說明了 CAN 故障的潛在原因，并介紹了常見的隔離技術(shù)。然后文中介紹了來自 Texas Instruments、RECOM Power、 NXP Semiconductors 和 Analog Devices 等供應(yīng)商的解決方案（設(shè)計(jì)人員可使用這些解決方案保護(hù) CAN 設(shè)備），以及如何有效實(shí)施這些解決方案（包括使用評(píng)估板）的指導(dǎo)。提供的解決方案包括分立實(shí)施方案（即基于單個(gè) CAN 收發(fā)器）以及基于單芯片和雙芯片隔離 CAN 總線設(shè)計(jì)的集成解決方案。

　　故障的原因和隔離的必要性

　　CAN 總線故障可能由多種原因引起：子系統(tǒng)之間的接地電勢(shì)差；共模能量和輻射能量等一般噪聲源；以及配電總線上的高壓噪聲和尖峰。為確保汽車和工業(yè)系統(tǒng)中 CAN 總線互連器件的穩(wěn)健運(yùn)行，需要兩種隔離類型：

　　與電源總線隔離

　　連接各子系統(tǒng)的通信總線的隔離與集成解決方案相比，電源和信號(hào)路徑單獨(dú)隔離的解決方案通常成本更低，效率更高。這些解決方案還使設(shè)計(jì)人員能夠獨(dú)立優(yōu)化兩條路徑的隔離電平。設(shè)計(jì)人員可自由選擇最適合具體應(yīng)用的隔離技術(shù)類型。選擇包括磁隔離、光隔離和電容隔離。有關(guān)各種隔離選擇的詳細(xì)討論不在本文的討論范圍內(nèi)，但為了更好地了解，請(qǐng)參閱“How to Select the Right Galvanic Isolation Technology for IoT Sensors”?；倦姎饨^緣（使用絕緣材料）與強(qiáng)化絕緣之間也有區(qū)別。所需的絕緣水平取決于所涉及的電壓電平，以及是否存在從可接觸部件到地面的連接?；窘^緣提供一級(jí)防電擊保護(hù)。 電壓大于 60 V DC 或 30 V AC 的系統(tǒng)視為危險(xiǎn)系統(tǒng)，需要至少一級(jí)保護(hù)。系統(tǒng)不一定具有故障保險(xiǎn)措施，但任何故障都將限制在系統(tǒng)內(nèi)。強(qiáng)化或雙重絕緣可提供兩級(jí)保護(hù)。這樣可以在發(fā)生故障時(shí)確保用戶的安全。接入市電電壓的系統(tǒng)要求具有強(qiáng)化絕緣。

　　隔離解決方案之間的設(shè)計(jì)權(quán)衡

　　CAN 總線系統(tǒng)中的隔離選項(xiàng)包括電源和信號(hào)分別隔離的分立解決方案，以及完全集成的電源和信號(hào)隔離解決方案。集成解決方案還可包括相關(guān)保護(hù)功能，如高靜電放電 （ESD） 魯棒性和射頻 （RF） 抗擾度，從而使其可以在汽車和工業(yè)應(yīng)用中使用，而無需額外的保護(hù)器件，例如瞬態(tài)電壓抑制器二極管。在這些不同的解決方案選項(xiàng)之間存在尺寸與效率的性能權(quán)衡。就解決方案尺寸而言，單芯片解決方案是最小的，典型封裝約為 330 平方毫米 （mm2）。雙芯片解決方案較大，通常約為 875 mm2。由于外部 DC-DC 轉(zhuǎn)換器和所需支持元器件的尺寸，分立解決方案要大得多，典型尺寸約為 1，600 至 2，000 mm2。此外，還有效率的權(quán)衡，解決方案越大往往效率明顯更高。但是，由于所涉及的功率水平往往相當(dāng)?shù)停ㄗ罡?15 毫安 （mA） 下 3 至 5 V），因此熱沖擊在設(shè)計(jì)中可能并不重要。單芯片和雙芯片解決方案的效率范圍為 50% 至 60%，使用外部 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的分立隔離解決方案的效率可高達(dá) 75% 至 80%。

　　CAN 收發(fā)器的分立隔離解決方案

　　隔離式 CAN 收發(fā)器是相對(duì)簡(jiǎn)單的器件。例如，考慮一下 Texas Instruments 的 ISO1042DWR 隔離式 CAN 收發(fā)器，其具有 70 V 總線故障保護(hù)和靈活的數(shù)據(jù)速率（圖 1）。該 ISO1042DWR 器件提供基本或強(qiáng)化隔離選擇?；?ISO1042 收發(fā)器設(shè)計(jì)用于工業(yè)應(yīng)用。