NOTA DE SOLICITUD 4643
Lograr la ISO comunicación 5V 11898-2-compatible con HS-CAN de un suministro de 3,3 V
Resumen: Esta nota de aplicación resuelve un problema muy común de hacer funcionar una unidad automotriz de control electrónico (ECU), con sólo una fuente de 3.3V. La norma ISO 11898-2 norma establece que sólo los poderes de alimentación de 5V carril de la alimentación del transceptor CAN. En este artículo se muestra cómo un automóvil transceptor CAN se pueden suministrar con una carga de 3,3 V de la bomba para proporcionar una energía baja, baja tensión, y la solución fácil a este problema. Al eliminar la barra de alimentación de 5V, muchos fabricantes de automóviles que ahorrar peso y costes y aumentando el rendimiento de kilometraje. El artículo también analiza el impacto del circuito en las emisiones electromagnéticas (EME) y la inmunidad (EMI) y la compatibilidad electromagnética (EMC). El MAX13041 transceptor CAN se combina con la bomba de carga MAX1759 en la solicitud.
Un artículo similar apareció en el número de julio / agosto de 2010 cuestión de Sistemas de Potencia de diseño .
Introducción
Desde la primera introducción de un automóvil, los fabricantes de testigos de una creciente demanda de mayor confort, la eficiencia, la limpieza del medio ambiente, un mejor rendimiento, y vehículos más seguros. Con cada mejora, la cantidad de cableado necesario en los vehículos comenzaron a aumentar de manera significativa. Después de su invención por parte de Bosch en la década de 1980, la red de bus CAN fue rápidamente adoptado por la industria automotriz, ya que reduce el peso y el costo de un juego de cables.
Los antiguos sistemas de control centralizado tenía todos los actuadores y los interruptores a través de múltiples cables. El nuevo sistema de bus CAN es un sistema distribuido con unidades de control electrónico (ECU), ubicado en el lugar donde cada uno es necesario y conectados a través de un sistema de bus de dos hilos. Este nuevo sistema trajo ventajas significativas y se dirigió a los fabricantes de rendimiento y los objetivos de costo, pero que necesitaba para ser estandarizados que les permitan una adecuada comunicación entre los proveedores de diferentes ECUs.
Esta normalización se hizo por primera vez en 1993 por la ISO (Organización Internacional de Normalización) organización. En el año 2003 una revisión de la norma seguida. Desde entonces, la norma ISO 11898 es el estándar de facto para todas las comunicaciones de la CAN en un vehículo, es universalmente aceptado por todos los fabricantes de equipos originales.
Para cumplir con la norma ISO 11898-2:2003 estándar, el transceptor CAN conductor del autobús por lo general tiene que ser suministrada por un carril de la alimentación de 5V para proporcionar la adecuada señalización de los niveles de autobús. Esta especificación está claro, pero su aplicación no siempre es tan sencillo. La mayoría de los ingenieros de sistemas electrónicos están familiarizados con el problema cuando los requisitos del subsistema de energía no se cumplen por los carriles de alimentación principal.En estos casos la potencia disponible carriles a menudo no pueden suministrar directamente un transmisor-receptor de la CAN. En pocas palabras, sólo hay un solo 3.3V oferta disponible, a menudo debido a la falta de espacio impide la inclusión del número óptimo de los suministros. En otros casos, la generación de la 5V directamente desde el carril de la batería no puede ser aceptable debido a problemas de disipación de calor. Esto es especialmente cierto en los sistemas que necesitan comunicación CAN en los voltajes de la batería de alta, por ejemplo, durante una condición de doble batería en un vehículo o en un sistema de trueque 24V.
Hay una manera de lograr un suministro de 5V 3.3V diseños. convertidores de tensión pueden generar los niveles de tensión deseada y bombas de carga son a menudo la mejor opción para aplicaciones que requieren una combinación de baja potencia, sencillez y bajo costo. bombas de carga, además, son fáciles de usar, ya que no requieren costosas inductores o adicionales componentes discretos.
Selección de la bomba de carga
Transceptor suministros
El V CC clavijas del MAX13041 transceptor CAN se utiliza para suministrar el voltaje de referencia interno de circuitos integrados y receptor de la etapa y para proporcionar los niveles de comunicación adecuada en el autobús. Para cumplir con la norma ISO 11898-2 estándar, V CC debe estar entre 4,75 y 5,25 V (tensión de funcionamiento del rango normal).
El V / S proporciona una interfaz de entrada de 3,3 V con E / S de micro controladores para obtener el nivel correcto de tensión entre el controlador y receptor de recibir y transmitir la etapa (RxD / TxD). Este pin puede ser suministrada por 5V, por supuesto, cuando la aplicación se comunica con un controlador .
El V MTD pines, que es por lo general relacionada con la batería del coche (12V), suministra una baja en reposo despertador circuito de detección, muy. Este pin permite al MAX13041 despertar de modo de dormir en un mensaje de la CAN, y pone el transmisor-receptor en un modo de bajo consumo de energía si una mínima tensión en el V MTD de suministro se detecta.
Para obtener una descripción detallada de todos los otros pines, por favor consulte la hoja de datos MAX13041.
Suministro de corriente
El bus CAN puede tener uno de dos estados lógicos: recesiva o dominante ( Figura 1 ). En el modo de comunicación normal, el MAX13041 necesita un máximo de V CC de entrada de corriente de 80 mA en el estado dominante y 10 mA en estado recesivo. Las corrientes en V de E / S y V MTD puede ser ignorada. Durante un corte de autobús, sin embargo, el V CC de la fuente actual puede aumentar de forma significativa, especialmente si la línea de autobús CAN_H se pone en cortocircuito a tierra. El transmisor-receptor limitará la corriente de cortocircuito de la I O (SC) = 95mA. Para evitar el riesgo de una ruptura de la tensión de alimentación, es mejor la dimensión de la bomba de salida de corriente de carga para este caso.
Teniendo en cuenta lo anterior, el suministro del transceptor CAN con la potencia adecuada requiere una bomba de carga con una tensión de salida de 5V, la tolerancia de tensión se mencionó anteriormente, y una potencia mínima capacidad de corriente de 95mA.
Figura 1. Nivel de tensión del bus CAN para estados de la lógica recesiva y dominante.
La bomba de carga
Aunque muchos dispositivos de la bomba de carga convencionales están en el mercado, esta nota de aplicación se centra en elMAX1759 elevación / reducción que regula la bomba de carga para resolver el problema de alimentación en carril.
El MAX1759 ofrece una tensión de salida regulada de 5V de un voltaje de entrada de 1.6V a 5.5V. Su frecuencia de conmutación es 1.5MHz, lo que permite el uso de pequeños condensadores externos a 100mA corriente de salida. La arquitectura del dispositivo permite que el voltaje de entrada a ser más alta o más baja que la tensión de salida regulada. Sin embargo, en esta aplicación funciona como convertidor de tensión-up único paso. Cuando V EN V es menor que FUERA , la bomba de carga funciona como un mercado regulado de step-up doblador de tensión . Cuando con poca carga, la bomba de carga cambia sólo si es necesario para alimentar la carga, resultando en baja en reposo actual. ondulaciones de la tensión de salida no aumenta con cargas ligeras.
Para obtener una descripción detallada de todas las características de la bomba de carga, por favor consulte la hoja de datos MAX1759.
Ejemplo 3.3V circuito con el MAX13041 y MAX1759
El circuito de la figura 2 se muestra lo fácil que es para abastecer el MAX13041 de la salida de la bomba de carga MAX1759. El MAX1759 es simplemente agrega a la V CC de entrada del transceptor CAN (la línea discontinua azul), produciendo una tensión de salida de 5V con la tolerancia requerida y la corriente de salida. Esta configuración permite que el resto de los circuitos que deben suministrar los voltajes más bajos. En este ejemplo, una tensión de alimentación de 3,3 V (verde) es elegido para suministrar la bomba de carga (EN), el microcontrolador, y el V / S traductor nivel de voltaje del transmisor-receptor. Los activos bajo SHDN entrada de la bomba de carga se tira alto, poniendo la parte en un estado "encendido". El dimensionamiento detallado de la entrada / salida (C EN , C SALIDA ) y el vuelo del condensador (C X ) se describe en la hoja de datos MAX1759.
Figura 2. Un circuito para el suministro de 5V a la MAX13041 transceptor CAN utiliza la bomba de carga MAX1759.
Compatibilidad electromagnética
El logro de la compatibilidad electromagnética ( EMC ) puede ser un desafío en las aplicaciones de la CAN, sobre todo si los sistemas se suministran con un cambio de regulador de voltaje . El arnés de cableado del sistema de la CAN es especialmente problemático, ya que el CAN_H y CAN_L pines del transceptor CAN son la interfaz con la red de autobuses funcionando en todo el vehículo. Si no se tiene cuidado, uno puede encontrar, o crear, las interferencias que se propaga desde la fuente de la CAN, a través del transmisor-receptor, en los cables de bus, y en los cables de vecinos del arnés de cableado. Esta interferencia puede causar problemas de comunicación o el mal funcionamiento de la unidad de control de transmisión o de control de otras unidades en el sistema.
Debido a esta preocupación, la máxima prueba el comportamiento de EMC de la MAX13041 cuando es suministrado por la bomba de carga MAX1759. Maxim considera dos dominios:. Inmunidad electromagnética (EMI) y de emisión electromagnética (EME) resultados de la prueba se compararon con el comportamiento de la norma MAX13041 5V suministrado. Estos exámenes determinan el impacto de la bomba de carga en términos de interferencia EMC y demostrar la solidez de la bomba de carga contra interferencias provenientes de las líneas CAN multiplicación de la oferta.
Inmunidad de pruebas
La norma ISO 11452 especificaciones describen varias de las metodologías para las pruebas de inmunidad a las perturbaciones de RF, incluyendo la inyección de corriente (BCI), transversal electromagnética de las células (célula TEM), línea TEM con placas, y la inyección directa de energía (DPI).
Maxim utiliza el método de PPP, ya que es altamente reproducible (debido a la utilización de una prueba definida por la Junta así) y requiere prueba de esfuerzo relativamente pequeño. La prueba de DPI inyecta una tensión alterna determinadas en las líneas de autobús, modulada o no, y comprueba la integridad de la señal de los datos transmitidos a través de los pines RXD del transceptor. Este método facilita la comparación entre los "proveedores de diversos diseños y, por otra parte, es utilizado por laboratorios de pruebas independientes transceptores CAN (por ejemplo, el iBee Ingenieur Büro für industrielle Elektronik ).
Configuración de prueba
La configuración de prueba ( Figura 3 ) consta de tres receptores idénticos montados en un definido PCB , con uno de ellos suministrados por la bomba de carga MAX1759. El nodo 1 funciona como un transmisor de un patrón de bits que simula un mensaje CAN para ser recibido y controladas en los puertos de salida RXD de todos los transceptores. Para la disociación de RF de los productos Rx1 a Rx3, así como la entrada TxD1, 1kΩ resistencias se utilizan. Un buffer de cerámica del condensador (C = 100nF) se utiliza en los puertos de suministro, V CC y V de las mejores técnicas disponibles , de cada transmisor-receptor IC. Las resistencias en el velorio, el pasador de tener un valor de 33kΩ. Los dispositivos están configurados para el modo normal mediante la vinculación tanto de la ES y activo-bajo STB pernos de alta. El V CC tensión del nodo 1 se genera por la carga de la bomba del circuito MAX1759, que se suministra con 3,3. La alimentación de 3.3V también fue utilizado como la V de E / S de tensión del transmisor-receptor el nodo 1.
La salida del condensador C1 de la bomba de carga es 10μF, el condensador C2 volar es 330nF, y el de la clavija se desacopla con un condensador de 10μF. En el circuito de la prueba, la terminación del bus se realiza mediante una terminación central mediante la resistencia R4 60Ω. Simétrica de acoplamiento RF / desacoplamiento se realiza con el paralelo combinación RC R5/R6 = 120Ω, C3/C4 = 4.7nF. El 3,3 externa, 5V y 12V suministros son proporcionados por las fuentes de alimentación estándar, se filtra por una red de filtrado.
Figura 3. Configuración de prueba para el Departamento de Información Pública y las pruebas de emisiones.
Procedimiento de la prueba
La prueba se realizó con el MAX13041 transceptores CAN que operan en modo normal. La ejecución de la primera prueba se realizó con todos los transmisores-receptores de una norma V CC = 5V. Un generador de patrones produce una onda cuadrada con un ciclo de trabajo del 50% para simular una señal de la CAN (con alternancia de datos permanente 0-1-0) de 500kbps en el pin TXD del nodo 1. Un generador de alta frecuencia en la entrada de RF (HF1) inyecta una amplitud modulada (AM) de voltaje de CA con una cierta frecuencia a una potencia de 36dBm en las líneas de la CAN para simular las interferencias.
Para evaluar la inmunidad, las señales Rx de los tres receptores en la red se compararon bajo la influencia de la interferencia a la señal alimenta en TXD usando un osciloscopio.
Una máscara de validación con una desviación máxima permitida de tensión de ± 0.9V y un máximo permitido de desviación de tiempo de 0.2μs ± se sobrepuso a través de la señal de TXD forma de onda.
Si el criterio de falla es cierto (es decir, si una de las señales de los transmisores-receptores RXD 'está más allá de la ventana de la máscara de validación), la inyección de potencia de RF se reduce 0.2dBm y la misma prueba (en el paso de frecuencia en particular) se repite hasta que el fracaso criterios son falsas. Entonces, el valor de la energía actual se registró y se ajusta la frecuencia paso siguiente. La prueba se llevó a cabo en un rango de frecuencia de 10MHz a 100MHz.
Departamento de Información Pública los resultados del examen
Figura 4 muestra las curvas de resultados de la prueba de la MAX13041 suministrada por una fuente de 5V estándar en V CC (azul) y suministrado por la bomba de carga (color rosa). El eje X indica el rango de frecuencias, mientras que el eje Y indica la máxima potencia inyectada sin falta. Como el azul y las líneas de color rosa son casi idénticas, se puede observar que el comportamiento del IME sobre el circuito está dominado por la CAN-receptor EMI sensibilidad, más que la de la bomba de carga. Por lo tanto, el suministro de la MAX13041 transceptor CAN con la bomba de carga MAX1759 no influyen significativamente en el comportamiento del IME sobre el circuito.
Figura 4. Departamento de Información Pública los resultados del examen.
Ensayos de emisiones de
La prueba de emisiones se realizó en el foro de la misma prueba y la configuración de la prueba como la prueba de DPI, salvo que inyector de alta frecuencia (generador era) sustituido el poder por un analizador de espectro. La prueba se realizó de nuevo con los transmisores-receptores CAN que operan en modo normal. La primera prueba se realizó con todos los transmisores-receptores de una norma V CC = 5V. La onda cuadrada aplicada en la entrada TXD CAN (simulando un flujo de bits de transmisión de 500 kbps) se mantuvo, las emisiones en las líneas CAN medidos y registrados por el analizador de espectro en la gama de frecuencia de 100kHz hasta 1GHz. La DSO no es necesario (Figura 3).
Las emisiones de resultados de las pruebas
Figura 5 muestra las curvas de EME resultante de la MAX13041 provienen de una norma 5V en V CC (azul), y por la bomba de carga MAX1759 (rosa). El eje X indica el rango de frecuencias, mientras que el eje Y indica el nivel de los disturbios.
Una vez más, el azul y las líneas de color rosa (un transmisor-receptor suministrado por la bomba de carga) son casi idénticas a las líneas de la MAX13041 con un estándar de 5V (azul). Se puede, por lo tanto, se observa que el comportamiento de las emisiones del circuito está dominado por compatibilidad con el transmisor-receptor de la CAN las emisiones, en lugar de la de la bomba de carga.Estos resultados indican que un transceptor de CAN pueden ser suministrados con una bomba de carga no influye significativamente en el comportamiento general de EMC del sistema.
Figura 5. EME curvas de la MAX13041 suministrada por un 5V estándar (azul) y por la bomba de carga MAX1759 (rosa).
Conclusión
Puede ser un reto para lograr EMC en aplicaciones CAN, sobre todo si son suministrados por el cambio de reguladores de voltaje (bombas de carga). Sin embargo, esta nota de aplicación demuestra que el comportamiento de EMC del circuito se rige por EMC el transceptor CAN, en lugar de la de la bomba de carga.
Habida cuenta de la comprensión de lo anterior, la MAX13041 pueden ser suministrados con la bomba de carga MAX1759 3.3V. Las aplicaciones que requieren de 3,3 V de baja potencia, la operación de bajo voltaje y bajo costo puede utilizar esta opción cuando un riel de 5V de alimentación no está fácilmente disponible.
MAX13041
± 80V culpa protegidas de alta velocidad PUEDEN transmisor-receptor de baja potencia de gestión y la CAN "Wake-On
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MAX1759
Reducción / aumento de la bomba de regulación de carga en μMAX
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