ISO1050 — трансивер CAN с гальванической развязкой от TI

Выводы

Выводов режима (STBY, S, RS) у ISO1050 нет: он всегда в нормальном режиме. Разводка не совпадает со стандартными восьмивыводными трансиверами, так что заменить им TJA1050 на готовой плате нельзя. DW — широкий SOIC-16 по чертежу DW0016B, тот же корпус, что у цифрового изолятора ISO7741. DUB — SOP-8 по чертежу DUB0008A: корпус 9,02–9,55 × 6,37–6,87 мм, высота до 4,85 мм, шаг 2,54 мм и расстояние между концами выводов 10,1–10,7 мм — по размерам это корпус DIP-8 с выводами, отогнутыми для поверхностного монтажа.

Изоляция

Сертификаты (разд. 6.7): по VDE обе версии имеют основную изоляцию; по CSA у ISO1050DW — усиленная изоляция 5000 VRMS при рабочем напряжении 380 VRMS (IEC 60950-1 и IEC 62368-1), у ISO1050DUB — основная 2500 VRMS при 700 VRMS; по TUV усиленная изоляция с рабочим напряжением до 400 VRMS указана у обеих версий. Что значат эти величины и как их выбирать под сеть 230 В, объясняют статьи о напряжении изоляции, пути утечки и усиленной изоляции. TI напоминает (примечание к таблице изоляции), что площадки на плате не должны сокращать путь утечки и зазор корпуса, а увеличить их на плате помогают прорези и рёбра.

Помехоустойчивость к синфазным импульсам — не меньше 25 кВ/мкс, типично 50 кВ/мкс: настолько быстро может меняться напряжение между GND1 и GND2 без сбоев в данных. В отличие от узла на оптронах, которому нужны резисторы смещения и ограничения тока, ISO1050 по разд. 9.2.1 обходится двумя конденсаторами развязки питания.

Питание сторон

Логическую сторону питают от того же напряжения, что микроконтроллер: VCC1 3–5,5 В, ток 1,8 мА тип. (до 3,6 мА) при 3,3 В и 2,3 мА тип. (до 3,6 мА) при 5 В. Сторона шины требует 5 В ± 5 % (VCC2 4,75–5,25 В) от источника, развязанного с землёй микроконтроллера: ток 8 мА тип. (до 12 мА) в рецессиве и 52 мА тип. (до 73 мА) в доминанте на нагрузке 60 Ом. В примере TI (рис. 9-1) изолированные 5 В получают трансформаторным драйвером SN6501 и стабилизатором TPS76350; каждую сторону развязывают конденсатором 0,1 мкФ у выводов питания.

Наш расчёт мощности: в худшем случае — сплошной доминант на 60 Ом — сторона шины берёт 5,25 В · 0,073 А ≈ 0,38 Вт. Средний ток в реальном трафике меньше, но изолированный преобразователь выбирают по этому значению с запасом. Наш вывод: нестабилизированный изолированный модуль на 5 В на малой нагрузке часто выдаёт заметно больше 5,25 В, поэтому после него ставят стабилизатор, как в примере TI, или выбирают модуль со стабилизацией.

Контроль питания (разд. 8.3.3.3): если VCC2 опускается ниже примерно 4 В, передатчик отключается, а RXD при живом VCC1 через tfs около 6 мкс переходит в единицу — контроллер видит рецессив, а не ложные данные. По табл. 8-1 при плохом VCC2 выходы шины переходят в высокоимпедансное состояние, а при плохом VCC1 шина остаётся в рецессиве, а RXD — в третьем состоянии. После восстановления питаний трансивер возвращается к работе примерно через 300 мкс. Чтобы повторный запуск не затянулся, TI просит при выключении разряжать VCC2 ниже 0,3 В (разд. 10.2).

Параметры

Условия — VCC1 3–5,5 В, VCC2 4,75–5,25 В, RL = 60 Ом, −55…+105 °C; типовые значения — при VCC1 = 3,3 В и VCC2 = 5 В (табл. 6.9 и 6.10).

Предельные режимы (с. 6): VCC1 и VCC2 — от −0,5 до 6 В; TXD — от −0,5 В до VCC1 + 0,5 В, но не больше 6 В; CANH и CANL — от −27 до 40 В относительно GND2; ток RXD — ±15 мА; кристалл — до +150 °C. ESD — ±4000 В по модели тела человека и ±1500 В по модели заряженного устройства. Тепловое сопротивление кристалл — среда — 76,4 °C/Вт у DW и 84,3 °C/Вт у DUB; наибольшая мощность при 5,25 В, 500 кГц и 60 Ом — 200 мВт, из них 175 мВт на стороне шины.

Логика, TXD и тайм-аут

TXD внутри подтянут к VCC1 очень слабо, и TI советует внешний резистор к VCC1: если вывод микроконтроллера при сбросе в третьем состоянии, вход не уйдёт в ноль и не займёт шину. Для контроллеров с выходом TXD типа открытый сток резистор выбирают так, чтобы фронт успевал за битом (разд. 8.3.2). Наш вывод: при VCC1 = 3,3 В вход TXD не 5-вольтовый — предел VCC1 + 0,5 В = 3,8 В, хотя таблица рабочих условий даёт единицу до 5,25 В (см. расхождения ниже).

Тайм-аут доминанта отключает передатчик, если TXD держится в нуле дольше 1,2–4 мс; приёмник и RXD продолжают показывать шину, а передатчик включается снова единицей на TXD. По формуле TI наименьшая скорость — 11 / tTXD_DTO. Наш расчёт: 11 / 1,2 мс ≈ 9,2 кбит/с. Тепловая защита выключает передатчик при температуре кристалла около 190 °C, шина при этом остаётся в рецессиве, а приёмник работает.

Нагрузка шины и терминаторы

Уровни нормированы на нагрузке 60 Ом — два терминатора по 120 Ом на концах линии, — и дополнительно на 45 Ом с дифференциальным напряжением от 1,4 В. Отсюда TI выводит число узлов (разд. 9.2.2.1): 167 трансиверов с входным сопротивлением 30 кОм параллельно дают 180 Ом, а 180 Ом параллельно 60 Ом — 45 Ом. Наш расчёт по табличному минимуму 40 кОм: 40 000 / 180 ≈ 222 узла, то есть оценка TI сделана с запасом. Практическое число узлов, напоминает TI, гораздо меньше из-за кабеля, отводов и разности земель.

ISO1050 и неизолированный трансивер

Наш вывод: ISO1050 выбирают, когда разность земель узлов неизвестна или шина выходит за пределы одного шкафа: развязка обрывает контур земли и защищает микроконтроллер от синфазных бросков. Платить за это приходится вторым источником питания на стороне шины и более узким диапазоном перенапряжений на CANH и CANL. Внутри одного устройства с общей землёй хватает MCP2562 или SN65HVD230.

Расхождения в документации

• Испытательное напряжение DW. Свойства и описание дают ISO1050DW 5000 VRMS, а таблица изоляции (VISO по UL 1577) и сертификат UL — 4243 VRMS «single protection»; 5000 VRMS указаны только в сертификатах CSA и TUV; CQC для ISO1050DW даёт усиленную изоляцию с рабочим напряжением до 250 VRMS (число 5000 в этой графе — высота над уровнем моря, до 5000 м).
• Переходное напряжение DW. VIOTM для ISO1050DW — 4000 В пиковых, то есть около 4000 / √2 ≈ 2830 VRMS (наш расчёт). Это меньше и одноминутного VISO 4243 VRMS по UL 1577, и 5000 VRMS со с. 1.
• Стандарт VDE. Свойства и разд. 6.7 ссылаются на DIN EN IEC 60747-17 (VDE 0884-17), а заголовок строк VIORM — VIOSM в таблице изоляции — на DIN V VDE V 0884-11:2017-01.
• Чужое имя в примечании. Примечание 2 к таблице изоляции начинается словами «ISO1044 is suitable for basic electrical insulation only» — это другая микросхема, а у ISO1050DW в той же таблице заявлена усиленная изоляция по CSA, TUV и CQC.
• Срок службы. Свойства обещают «типично 25 лет» при рабочем напряжении, а график на рис. 9-4 для ISO1050DUB при VIORM 560 В показывает 28 лет.
• Входное сопротивление. Разд. 9.2.2.1 считает узлы от «минимума 30 кОм», а таблица 6.9 даёт дифференциальное входное сопротивление от 40 кОм.
• Уровень TXD. Рабочие условия допускают единицу на TXD до 5,25 В при любом VCC1 от 3 В, а предельные режимы ограничивают TXD значением VCC1 + 0,5 В: при VCC1 = 3,3 В — 3,8 В.
• TUV только для DW. Свойства на с. 1 называют одобрение TUV на усиленную изоляцию «только для ISO1050DW», а столбец TUV в разд. 6.7 указывает усиленную изоляцию 2500 VRMS и для ISO1050DUB.
• Несуществующий режим Silent. Таблицы 8-3 и рис. 8-1 упоминают режим «Normal or Silent», но вывода выбора режима у ISO1050 нет; таблица 6.9 отсылает к «Table 1», которой в даташите нет.