Простая схема формирования регулируемых сигналов интерфейса CAN

Журнал РАДИОЛОЦМАН, август 2013

Darwin Tolentino, Analog Devices

Analog Dialogue

Топология шины CAN (Controller Area Network – сеть контроллеров) позволяет устройствам и микроконтроллерам обмениваться информацией без использования хост-компьютера. Не нуждающийся в арбитраже процесса передачи интерфейс позволяет разместить контроллер и хост-процессор в каждом узле, существенно снижая сложность межсоединений по сравнению с конфигурацией, основанной на хост-компьютере.

При использовании сигналов на линиях CANH и CANL шина CAN имеет два состояния: рецессивное и доминантное (Рисунок 1). Шина находится в доминантном состоянии, если дифференциальное напряжение превышает 0.9 В, и в рецессивном, если напряжение меньше 0.5 В. Приемопередатчики CAN, такие, например, как ADM3051 , предназначены для соединения контроллера CAN с физической шиной.

Рисунок 1.	Сигналы и состояния шины CAN.

Исследовать характеристики приемопередатчика CAN можно либо с помощью автоматизированного измерительного оборудования, либо с помощью стандартных лабораторных приборов и источника постоянного напряжения. Показанная на Рисунке 2 схема, используя прямоугольные импульсы внешнего генератора, формирует регулируемые сигналы CAN для исследуемого приемопередатчика. Быстродействующему дифференциальному усилителю AD8138 предпочтение было отдано за его широкую полосу пропускания и низкий уровень искажений. Цепь сдвига на выходе позволяет устанавливать требуемые дифференциальные уровни выходных сигналов, поддерживая при этом постоянными их пиковые уровни. Амплитуда и частота устанавливаются в генераторе сигналов.

Рисунок 2.	AD8138 управляет приемопередатчиком CAN.

Работающий при напряжении питания 5 В усилитель с единичным коэффициентом передачи имеет несимметричный вход и дифференциальный выход, синфазные уровни сигналов на котором привязаны к середине напряжения питания. Резисторы R₁, R₂ и R₃ образуют цепь постоянного смещения, сдвигающую сигналы к уровням CAN. Если сопротивления резисторов R₄ и R₅ выбрать небольшими по сравнению с R₂, потенциометр будет легко регулировать разность между двумя выходными сигналами, практически не влияя на их индивидуальные амплитуды, формируя сигналы CAN с управляемой синфазной составляющей, подаваемые на тестируемое устройство. Поскольку сопротивления R₁ и R₃ равны, регулировка R₂ на переменное синфазное напряжение также не оказывает влияния. R₄ и R₅ совместно с R₂ образуют часть делителя выходного напряжения усилителя AD8138. Для минимизации ослабления выходных импульсов и влияния на их амплитуду резистора R₂ сопротивления R₄ и R₅ выбраны минимально возможными. R₄ и R₅ одновременно защищают выход усилителя от перегрузки при закороченном R₂. Конденсаторы C₁ и C₂ удаляют постоянную составляющую из выходного сигнала AD8138. Кроме того, совместно с резисторами смещения эти конденсаторы образуют фильтры высокой частоты, частота среза которых равна

где

C = C₁ = C₂,

R_L – сопротивление нагрузки или входное сопротивление исследуемого устройства с типичным значением от 20 кОм до 30 кОм.

Во избежание искажения выходных прямоугольных импульсов емкости конденсаторов C₁ и C₂ следует выбирать достаточно большими, чтобы частота среза в 10 раз превышала частоту сигнала при минимальном значении R₂||R_L. Например, для получения сигналов V_CANH и V_CANL с уровнями, показанными на Рисунке 3а, сопротивление R₂ должно быть не меньше 700 Ом. Для частоты сигнала 1 МГц будет достаточно разделительных конденсаторов емкостью 0.1 или 1 мкФ. Рисунок 3б демонстрирует влияние регулировочного резистора R₂ на уровни дифференциальных выходных сигналов.

Рисунок 3.	Выходы VCANH и VCANL.

Использование этих выходных импульсов в качестве входных сигналов V_CANH и V_CANL для приемопередатчика позволяет с помощью настольного осциллографа оценить такие параметры преемника, как задержка распространения и время нарастания, а также уровни порогов на выбранной частоте.