2005_01_78.pdf

7/21/2019 2005_01_78.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/20050178pdf 1/4

CAN

Основные характеристики шины CAN: высокая

скорость передачи данных, сверхвысокая надежностьсистемы и ее отказоустойчивость в экстремальныхусловиях. Хорошим примером использования ши-

ны CAN может служить современный автомобиль.CAN используется в таких ответственных системахавтомобиля, как управление двигателем, обеспечение

безопасности (подушки безопасности, АБС, контрольдавления шин) и т. д. Шина CAN заняла прочные по-зиции не только в автомобилестроении, но и в авиа-

ции, военной технике, на железной дороге, в систе-мах управления технологическим оборудованием.

LIN

Стандарт LIN был разработан как дешевое допол-

нение CAN-интерфейса в тех областях, где не требу-ется высокая скорость передачи данных и высокая на-дежность. Стандарт LIN был разработан для создания

дешевых локальных сетей обмена данными на неболь-ших расстояниях. В автомобиле, например, такие ус-тройства, как стеклоочистители, электростеклоподъ-

емники, замки дверей, приводы и обогрев зеркал, а так-же приводы сидений объединены в единую сеть LIN.

Компания Philips Semiconductors является лиде-

ром в разработке микросхем для шин CAN и LIN.

К 2003 году компания Philips Semiconductors в общейсложности выпустила 500 млн штук CAN-трансиверов.

Рассмотрим номенклатуру трансиверов CAN и LINна примере автомобиля. В автомобиле применяют-

ся различные электронные управляющие узлы —ECU (Electronic Control Units). В зависимости от по-требляемого тока эти узлы можно условно разбить

на 4 вида устройств (см. рис. 1), требующих различ-ных схемотехнических решений.

Узлы типа A

Приложения, которые должны работать всегда,

даже когда автомобиль припаркован и зажиганиевыключено. Устройства постоянно потребляют

ток из батареи питания. Такие узлы по сложив-шейся на Западе традиции называют «Clamp-30».Подобные узлы должны потреблять как можноменьше энергии для сохранения заряда батареи ав-

томобиля.

Узлы типа B

Приложения, в которых микроконтроллер всегда

активен. В этих приложениях требуется уменьшитьпотребление энергии, и поэтому необходимо перево-дить трансивер в режим экономии электроэнергии.

Приложения типа В относятся к узлам «Clamp-30».

Компоненты и технологии, № 1’2005

Решения компании Philips Semiconductors

для шин CAN и LIN

Владимир Захаров

[email protected]

В наше время вряд ли найдется инженерэлектронщик, не слышавший о шинах CAN и LIN.

Эти интерфейсы уже завоевали прочные позиции во многих областях производства.

И с большой долей уверенности можно сказать, что и в дальнейшем количество

применений CAN и LIN будет только расти. Напомним кратко об этих шинах

и их основных отличиях.

Компоненты

Рис.1.Основные типы узлов шины

7/21/2019 2005_01_78.pdf


Узлы типа C

В отличие от приложений типа В, в прило-

жениях типа С требуется еще большая эконо-мия электроэнергии, поэтому трансивер дол-жен полностью отключаться сигналом с мик-

роконтроллера. Такие приложения требуютабсолютно пассивного поведения отключен-

ного трансивера по отношению к шине.

Узлы типа D

Приложения, которые полностью отклю-чаются от питания при выключении зажига-ния. К таким приложениям не предъявляется

требование минимального потребления тока,так как при их функционировании идет зарядбатареи от работающего двигателя. Приложе-

ния типа D принято называть узлами типа«Clamp-15».

В каждом из типов узлов требуется приме-

нение различных микросхем. Рассмотрим кон-кретные микросхемы.

Новые высокоскоростные CAN-трансиве-ры TJA1040, TJA1041 и TJA1050 компанииPhilips основаны на передовой технологии«кремний-на-изоляторе» — SOI (Silicon-on-

Insulator). Благодаря этой технологии новыетрансиверы в сравнении с трансиверами пре-дыдущего поколения PCA82C250 и PCA82C251

имеют уменьшенный уровень электромагнит-ного излучения (20 дБ) и высокую устойчи-вость к электромагнитному излучению.

Трансивер TJA1040 имеет режим Standbyс удаленным запуском по шине и потребле-нием тока в этом режиме менее 15 мкА.

TJA1040 рекомендуется для приложений, по-стоянно подключенных к линии питания

«Clamp-30» и содержащих микроконтрол-лер (см. рис. 2). Кроме того, TJA1040 имеетабсолютно пассивное поведение при отклю-чении питания, и поэтому невидим для ши-

ны. Эта особенность трансивера TJA1040 де-лает его пригодным также для примененийв узлах типа «Clamp-15», когда при выклю-

ченном зажигании другие узлы общаютсяпо CAN-шине.

Трансивер TJA1041 имеет несколько особен-

ностей в сравнении с TJA1040:• спящий режим с потреблением тока всего

узла 20 мкА;• удаленный запуск по шине и локальный за-

пуск через специальный вывод, что позво-

ляет определить источник запуска;• уникальные возможности диагностики

и сигнализации отказа шины:• сигнализация коротких замыканий, вклю-

чая «скрытые»;• сигнализация о локальных сбоях.

Благодаря этим свойствам TJA1041 имееточень гибкую систему управления потребле-

нием тока и рекомендуется для примененияв узлах типа А (см. рис. 2).

Трансивер TJA1050 имеет схожие с TJA1040

характеристики, но при отключенном пита-нии во время общения других устройств отда-ет в шину обратный ток. (TJA1040 имеет нуле-

вой обратный ток.) Обратный ток немного уве-

личивает электромагнитное излучение шины.Поэтому если требования к электромагнитной

совместимости не очень высокие, а требова-

ния к цене устройства очень жесткие, то реко-мендуется в узлах типа D применять TJA1050.(TJA1050 дешевле TJA1040 на 20–30%).

Рекомендуемые варианты использованиямикросхем семейства TJA1040/41/50 в узлахшины А, В, С и D представлены на рис. 2.

Кроме высокоскоростных трансиверовTJA1040/41/50 компания Philips выпускает по-

мехозащищенные приемопередатчики FT-CAN(FT — Fault-tolerant, то есть помехозащищен-ный) TJA1054 и TJA1054A. Они идентичны вы-сокоскоростным трансиверам TJA1040, 41 и 50,

но обладают повышенной помехозащищен-ностью. Ниже представлены основные отли-чия FT-CAN-приемопередатчиков TJA1054

и TJA1054A.

TJA1054

• TJA1054 является «образцовым» устройст-

вом, так как по нему фактически был напи-сан стандарт ISO11898-3 (FT-CAN).

• Спящий режим с потреблением тока для

всего узла 30 мкА.• Великолепные параметры ЭМС благодаря

технологии SOI.• Уникальные дополнительные функции от-

казобезопасности (аналогичные TJA1041).• Абсолютно пассивное поведение при отклю-

чении питания.• Нулевой обратный ток.

TJA1054A

• Версия TJA1054 с улучшенной защитойот электростатического разряда:– защита до 4 кВ в модели человеческого те-

ла по выводам CANH, CANL, RTH, RTL

(по сравнению с 2 кВ в TJA1054);–защита до ±300 В в машинной модели

(по сравнению с ±175 В в TJA1054).• Остальные технические параметры иден-

тичны TJA1054.• Полностью соответствует ISO11898-3.• Рекомендуется как FT-CAN-трансивер в но-

вых разработках.Компания Philips также выпускает специаль-

ный трансивер, работающий соднопроводной

шиной CAN. Трансивер был специально разра-ботан для узкого сегмента рынка с требовани-ями минимальной стоимости реализации ши-

ны. Это 1W-CAN-приемопередатчик AU5790(1W — однопроводной).

Основные параметры приемопередатчикаAU5790:

• Скорость передачи данных 40 кбит/с.• Скорость получения данных 100 кбит/с.• Инновационные функции экономии энер-

гии.• Уникальные функции запуска позволяют

осуществлять коммуникацию двух уст-

ройств без запуска всех шин.• Обеспечивает работу шины в припаркован-

ном автомобиле.

• Спящий режим с потреблением 70 мкА.• Функция защиты от потери «земли».• Поддержка до 32 узлов.

Мы рассмотрели всю номенклатуру CAN-трансиверов Philips. Как видим, инженеру естьиз чего выбрать. В устройстве можно приме-

нить дорогие трансиверы с идеальными ха-рактеристиками или разработать устройствона дешевых микросхемах для приложений,

не предъявляющих жестких технических тре-бований.

Теперь рассмотрим, какие же решения пред-

лагает Philips для LIN-приложений.

Приемопередатчик

TJA1020

Основные параметры приемопередатчика

TJA1020:• Лучшее вклассе потребление энергии — по-

требление всего узла в спящем режиме все-го 3 мкА.

• Лучшие в классе параметры ЭМС благода-

ря технологии SOI.• Уникальные возможности по отказобезо-

пасности.• Питание стабилизатора напряжения от вы-

вода INH! (позволяет использовать болеедешевый стабилизатор напряжения).

• Распознавание источника запуска — разли-

чие локального и удаленного запуска поз-воляет решать локальные задачи локально,

без запуска всей сети.• Пассивное поведение при отключении пи-

тания — нулевой обратный ток.• Уровни входов совместимы с контроллера-

ми 3,3 и 5 В.Как упомянуто выше, LIN-приемопередат-

чик TJA1020 имеет лучшие в классе парамет-ры по электромагнитной совместимости.

На рис. 3 показана схема типичного вклю-

чения TJA1020. Микроконтроллер P87LPC764и трансивер TJA1020 образуют Slave-устрой-ство. Микроконтроллер управляет приемопе-

редачей по шине LIN и может переводить

TJA1020 в спящий режим. UART может бытьзапрограммирован на частоты 2400, 9600

Компоненты и технологии, № 1’2005 Компоненты

Рис.2. Рекомендуемые варианты использования микросхем семейства TJA1040/41/50 в узлах шины А, В, С и D

7/21/2019 2005_01_78.pdf


и 19200 бит/с или на другие частоты в зави-симости от частоты кристалла. Как видноиз примера, TJA1020 занимает у микроконт-

роллера минимальные ресурсы: выводы UARTи один вывод прерывания. Это Slave-устрой-ство может использоваться для считывания

команд с кнопок управления различнымидвигателями автомобиля, например двигате-

лями стеклоподъемника.В данный момент компания Philips ведет

разработки микросхем CAN/LIN нового поко-ления. Это будут «системы-на-чипе» под на-

званием UJA106x. В состав микросхемы будетвходить CAN- и LIN-приемопередатчик, двастабилизатора напряжения, 16-битный интер-

фейс управления SPI, разнообразные функ-ции защиты от опасных состояний. Блок-схе-ма нового чипа показана на рис. 4.

Так, например, для создания системы уп-равления двигателем автомобиля к новомучипу необходимо будет добавить всего лишь

один микроконтроллер и получится готовоеустройство, имеющее очень привлекатель-

ную цену.Компания Philips также недавно анонсиро-

вала новое решение для более дешевого пост-роения шины LIN в автомобиле — микросхе-

му UJA1023. Построение сети на основеUJA1023 позволяет снизить стоимость реше-ния на 10%. UJA1023 представляет собой рас-

ширитель LIN-шины. С его помощью подклю-чать до 8 LIN-узлов. Например, светодиоднуюподсветку, кнопки, датчики, силовые ключи

для управления лампами и моторами. Выво-ды микросхемы могут быть сконфигурирова-ны для управления верхними и нижними клю-

чами или как канал PWM.В состав UJA1023 входят:

• LIN-трансивер;• 30-килоомный резистор (необходимый для

устройств LIN-Slaves);• регулятор напряжения;• осциллятор;• восемь двунаправленных входов-выходов;• блок автоматической синхронизации ско-

рости передачи данных от 1 до 20 кбит/с;• 8-битный АЦП.

Основные параметры UJA1023:• низкое энергопотребление;• конфигурируемый спящий режим;• очень низкая эмиссия электромагнитного

излучения;• высокая устойчивость к электромагнитно-

му излучению;• линия шины защищена от опасных состо-

яний;• диапазон рабочих температур — от –40

до +125 °С.

Структурная схема UJA1023 представленана рис. 5.

Для российского рынка наиболее интерес-

ным примером применения микросхемыUJA1023 может служить модуль управленияосвещением автомобиля. При использовании

микросхемы UJA1023 нет необходимости пе-рекраивать стандартную проводку автомоби-ля. Все цепи управления можно легко разме-

стить в стандартном разъеме лампы. Струк-

турная схема такой реализации показанана рис. 6.


Рис.3. Схема типичного включения TJA1020

Рис.4. Блок схема нового чипа UJA106x

Рис.5.Блок диаграмма LINрасширителя UJA1023

7/21/2019 2005_01_78.pdf



Рис.6. Пример модуля управления светотехникой автомобиля

Documents

2005_01_78.pdf