Analogtipp 3,3-V-CAN-Transceiver für die zuverlässige Datenübertragung

3,3-V-CAN-Transceiver wie der TCAN3413 und der TCAN3414 helfen bei der Implementierung einer zuverlässigen Schnittstelle, die in industriellen Umgebungen effizient arbeitet. Das bieten die Transceiver für die Kommunikationserweiterung.

CAN (Controller Area Network) gehörte zu den ersten Protokollen, mit denen eine zuverlässige Datenübertragung unter widrigen industriellen Einsatzbedingungen möglich war. CAN-Transceiver, die als Bit-Übertragungsschicht (Physical Layer) in dieser Technik fungieren, lassen sich kompakt, effizient und mit hohen Datenraten realisieren, behalten dabei aber ihre Robustheit und Zuverlässigkeit. Sensoren, Controller und Aktoren usw. können per CAN kommunizieren, indem digitale Signale in analoge differenzielle Signale umgewandelt werden, die sich über große Distanzen übertragen lassen.

Das Thema Betriebssicherheit hat im industriellen Bereich, in dem Spannungsspitzen, Transienten und elektrostatische Entladungen (ESD) an der Tagesordnung sind, eine große Bedeutung. Die Integration eines ESD-Schutzes in den CAN-Transceiver stellt sicher, dass es in Fertigungslinien, Robotern u. dgl. bei Hochspannungs-Entladungen nicht zu Fehlfunktionen kommt. Durch lange CAN-Buskabel steigt das Risiko von Kurzschlüssen und Überspannungen. Sind die hier eingesetzten CAN-Transceiver nicht entsprechend geschützt, können Fehler nicht nur die Transceiver selbst beschädigen, sondern sich durch das gesamte Netzwerk hindurch fortpflanzen, was Kommunikationsstörungen und Anlagenstillstände verursachen kann.

Auch bei speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), die über teils lange Kabel mit Antrieben, Sensoren und Aktoren verbunden werden, kommt die CAN-Technik zum Einsatz. Insbesondere Motoren mit hoher Leistung können Spannungsspitzen und Transienten auf dem CAN-Bus erzeugen, während Sensoren und Aktoren, die häufig an den Außengrenzen des Netzwerks platziert werden, auf einen wirkungsvollen ESD-Schutz angewiesen sind.

Lange Distanzen und Signalqualität

Wenn CAN-Leitungen große Distanzen überbrücken, kann die Signalqualität außerdem durch unterschiedliche Massepotenziale und Gleichtaktstörungen beeinträchtigt werden. Bei CAN-Transceivern wird deshalb auf einen besonders großen Gleichtaktbereich geachtet, um eine verlässliche Signalübertragung zu gewährleisten. Wichtig ist dies insbesondere bei Antrieben, bei denen nicht selten große Erdschleifenströme und starke Gleichtaktstörungen vorkommen. Ein Minimieren der Kommunikationsfehler ist hier unerlässlich für die Integrität der zum Motor gesendeten Steuersignale und der vom Motor kommenden Rückmeldesignale.

Im industriellen Bereich sind CAN-Transceiver für 5 und 3,3 V gebräuchlich. Letztere bieten klare Vorteile, da auf LDO-Regler und Pegelumsetzer-Schaltungen verzichtet werden kann, die sonst zwischen dem CAN-Transceiver und dem mit 3,3 V arbeitenden Mikrocontroller erforderlich wären. Dies vereinfacht das System-Design, reduziert den Bauteileaufwand und verringert Platzbedarf und Kosten. Eine typische 3,3-V-Konfiguration ist in Bild 1 zu sehen.

Auch hinsichtlich des Stromverbrauchs sind 3,3-V-CAN-Transceiver effizienter als traditionelle 5-V-Versionen. Eine Shutdown-Funktion, wie sie im TCAN3414 enthalten ist, reduziert die Stromaufnahme, was in batteriebetriebenen Systemen oder solchen mit strikt begrenztem Energiebudget günstig ist.

Dass CAN-Transceiver für 3,3 und 5 V problemlos in einem System zusammenarbeiten können, wird in Bild 2 deutlich. Die an 3,3 V betriebenen Bausteine TCAN3413 und TCAN3414 sind uneingeschränkt interoperabel zu 5-V-CAN-Transceivern.

Fazit: 3,3-V-CAN-Transceiver wie die Bausteine TCAN3413 und TCAN3414 eignen sich für Schaltungssysteme, die unter rauen industriellen Einsatzbedingungen zuverlässig arbeiten müssen. Sie bieten gemäß der Vorgaben von IEC-61000-4-2 einen ESD-Schutz bis ±10 kV auf dem Bus, sind bis ±58 V gegen Busfehler geschützt und weisen empfängerseitig einen Gleichtaktspannungs-Bereich von ±30 V auf.

Damit lassen sich Systeme für zuverlässige Kommunikationseigenschaften optimieren, während der Entwickler gleichzeitig Platz und Kosten spart. (kr)

* Brian Lin ist Product Marketing Engineer Interface Products bei Texas Instruments in Dallas / USA.

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