Gewährleistung 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 ermöglichen, indem sie digitale Signale in analoge Differenzsignale umwandeln, die über große Entfernungen über einen Bus gesendet werden können. Der Transceiver stellt sicher, dass Daten zuverlässig übertragen werden und das Netzwerk vor elektrischen Schäden geschützt ist. Dadurch wird der Datenaustausch effizienter und die Kommunikation präziser. Daher sind Zuverlässigkeit, eine platzsparende Größe 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 häufige Störquellen in industriellen Umgebungen. Bausteine in Bereichen oder Produkte, die anfällig für ESD sind, wie z. B. Montagelinien, Robotik und Automatisierungssysteme, erfordern einen ESD-Schutz in ihren CAN-Transceivern, um die Sicherheit des Netzwerks zu gewährleisten. 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, erhöht wird. Geräte, die mit solchen erweiterten Netzwerken verbunden sind, benötigen Transceiver mit hohem Busfehlerschutz. Ohne diesen Schutz können diese Fehlerquellen den Transceiver beschädigen und sich möglicherweise 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 großen Sensornetzwerken verbunden. Dadurch sind lange Buskabel erforderlich. Motorantriebe steuern Hochleistungsmotoren, die zu Spannungsspitzen und Transienten auf dem CAN-Bus führen können. In beiden Fällen ist ein robuster Busfehlerschutz für den CAN-Transceiver von entscheidender Bedeutung. Ferngesteuerte Sensoren und Aktuatoren befinden sich häufig in der Peripherie des Netzwerks. Aus diesem Grund ist aufgrund der möglichen Exposition gegenüber statischer Elektrizität in der Umgebung ein starker ESD-Schutz erforderlich.

In industriellen Umgebungen, in denen CAN große Entfernungen abdeckt, können Massepotenzialdifferenzen und Gleichtaktstörungen zu einer Signalverschlechterung führen. CAN-Transceiver verfügen über einen größeren Gleichtaktbereich, um eine zuverlässige Signalübertragung über das gesamte Netzwerk zu gewährleisten. So benötigen beispielsweise Motorantriebe, die häufig Masseschleifen und Gleichtaktrauschen erzeugen, Transceiver mit größeren Gleichtaktbereichen, um Kommunikationsfehler zu minimieren. Dies dient der Verbesserung der Datenintegrität von Motorsteuerungs- und Rückkopplungssignalen.

Sowohl 5-V-CAN- als auch 3,3-V-CAN-Transceiver sind in Industrieanwendungen sehr beliebt. Allerdings können 3,3-V-CAN-Transceiver zusätzliche 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 lässt sich das Systemdesign vereinfachen und die Anzahl der Komponenten reduzieren. Außerdem ermöglichen sie ein kompakteres Endprodukt. Darüber hinaus können 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.

Beim Stromverbrauch sind 3,3-V-CAN-Transceiver effizienter als herkömmliche 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 Geräten mit strengen Leistungsbeschränkungen zu verlängern.

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 vollständig kompatibel zu 5-V-CAN-Transceivern. Weitere Einzelheiten finden Sie im Whitepaper Für die Automobilindustrie qualifizierte EMV-zertifizierte 3,3-V-CAN-Transceiver.

Fazit

3,3-V-CAN-Transceiver wie der TCAN3413 und der TCAN3414 unterstützen Entwickler bei der Implementierung zuverlässiger 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 gemäß IEC-61000-4-2 (International Electrotechnical Commission), einen hohen Busfehlerschutz von ±58 V und einen großen Gleichtakt-Eingangsspannungsbereich des Empfängers von ±30V. Mit diesen Funktionen können Sie Ihr Design für eine zuverlässige Kommunikationsverbesserung optimieren und gleichzeitig Platz auf der Platine und Systemkosten sparen.

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