産業用環境での通信の確保：CAN トランシーバの役割

CAN トランシーバは、センサ、コントローラ、アクチュエータなどのデバイスがデジタル信号をバスでの長距離送信が可能なアナログ差動信号に変換して通信を行うことができるため、産業用オートメーション システムに不可欠です。このトランシーバは、データが確実に送信され、ネットワークが電気的損傷から保護されていることを保証します。これにより、データ交換の効率と通信の精度が向上します。したがって、産業用アプリケーションで新しい CAN トランシーバを選択する際には、信頼性、小型サイズ、低消費電力が重要です。

産業用環境での堅牢性の重要性について説明します。産業環境における一般的な干渉源に、電圧スパイク、過渡、静電気放電 (ESD) のような電気的危険性があります。組み立てライン、ロボット、オートメーション システムなど、ESD の影響を受けやすい領域または製品のデバイスは、ネットワークの安全性を確保するために CAN トランシーバに ESD 保護が備わっている必要があります。CAN トランシーバに ESD 保護が内蔵されていれば、誤動作を起こさずに高電圧放電に耐えることができます。さらに、産業用アプリケーションは多くの場合、長い CAN バス ケーブルを使用するため、短絡や過電圧状態などのバス フォルトのリスクが高くなります。このような拡張ネットワークに接続する機器には、高度なバス フォルト保護を備えたトランシーバが必要です。この保護機能がないと、それらの障害がトランシーバに損傷を与え、ネットワーク全体に伝播する可能性があり、通信の中断やシステムのダウンタイムにつながることがあります。

現在、産業用プログラマブル ロジック コントローラ (PLC)、モーター ドライブ、リモート センサ、アクチュエータなど、さまざまな製品で CAN インターフェイスが使用されています。産業用 PLC は複数の産業用プロセスを制御し、通常は大規模なセンサ ネットワークに接続するため、バス ケーブルが長くなります。モーター ドライブは大電力モーターを制御するため、CAN バスで電圧スパイクや過渡を引き起こす可能性があります。どちらの場合も、CAN トランシーバに堅牢なバス フォルト保護を実装することが重要です。リモート センサとアクチュエータは多くの場合、ネットワークの周辺に配置されるため、環境内で静電気にさらされる可能性があり、強力な ESD 保護が必要になります。

CAN が長距離に及ぶ産業用環境では、グランドの電位差や同相ノイズの蓄積が信号の劣化につながる可能性があります。CAN トランシーバは同相範囲が広いため、ネットワーク全体で信頼性の高い信号伝送を実現するのに役立ちます。たとえば、モーター ドライブでは、グランド ループ電流や同相ノイズが生成されることが多く、モーター制御信号とフィードバック信号のデータ インテグリティを向上させるために通信エラーを最小限に抑えるには、同相範囲の広いトランシーバが必要になります。

産業用アプリケーションでは、5V CAN トランシーバと 3.3V CAN トランシーバがどちらもよく使用されます。ただし、3.3V CAN トランシーバの方が、3.3V マイクロコントローラと 5V CAN トランシーバの間で低ドロップアウト レギュレータ (LDO) やレベルシフト回路が不要になるなど、追加の利点が得られます。この 3.3V CAN トランシーバは、システム設計の簡素化、部品数の削減、最終製品の小型化を実現します。さらに、LDO が不要になることで全体のシステム コストを削減できます。図 2 に、3.3V マイクロコントローラと 3.3V CAN トランシーバを使用した代表的な構成を示します。

消費電力に関しては、3.3V CAN トランシーバは従来の 5V CAN トランシーバよりも効率的です。さらに、TCAN3414 などの 3.3V CAN トランシーバでは、シャットダウン機能によって電流をさらに低減し、電力制限が厳しいバッテリ駆動のアプリケーションやデバイスでバッテリ動作時間を延長することができます。

図 3 に、1 つのネットワークでシームレスに動作する 3.3V および 5V の CAN トランシーバを示します。テキサス・インスツルメンツの TCAN3413 や TCAN3414 など、3.3V 電源の CAN トランシーバは 5V CAN トランシーバと完全に相互運用可能です。詳細については、ホワイト ペーパー『車載認証取得済み EMC 認定 3.3V CAN トランシーバ』をご覧ください。

まとめ

TCAN3413 や TCAN3414 のような 3.3V CAN トランシーバは、産業用環境で効率的に動作する信頼性の高いインターフェイスを設計者が実装するのに役立ちます。これらの製品は、産業用環境で発生するさまざまな問題に対する保護を実現する複数の機能を備えています。これらのデバイスには、国際電気標準会議の IEC-61000-4-2 ESD 保護が含まれており、最大 ±10kV のバス保護、±58V の高いバス フォルト保護、±30V の広いレシーバ同相入力電圧範囲に対応しています。これらの機能を活用すると、設計を最適化して信頼性の高い通信機能を強化すると同時に、基板面積とシステム コストを節減することができます。

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