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如何保证MCU与隔离收发器的可靠通信?

  怎么确保MCU与阻隔收发器的牢靠通讯?

  摘要:在总线通讯中,总线设备中的MCU需求衔接一个总线收发器接入到总线网络中,假如MCU的供电电压与收发器电压不匹配时,会呈现什么状况?本文将以CAN总线为例从接口电平的视点为你解析电平匹配的重要性。

  一、CMOS电平

  现大部分数字集成电路选用的是CMOS工艺,其接口的电平大致契合如下界说:

  VIL<0.3Vcc;VIH>0.7Vcc;

  VOL<0.1Vcc;VOH>0.9Vcc。

  以常见的5V、3.3V体系为例,相应的接口参数如表1。

  表1 不同供电下的电平要求

  注:表中数据仅为核算参阅值,器材实践参数需参阅相应的数据手册。

  二、电平不匹配

  为了确保两个器材的信号牢靠传输,有必要确保:

  u驱动器输出的VOH(MIN) 有必要高于接收器输入的VIH(MIN);

  u驱动器输出的VOL(MAX) 有必要低于接收器输入的VIL(MAX);

  u驱动器输出的输出电压不得超越接收器输入的I/O电压容差;

  当两个CMOS器材衔接在一起时,若供电电压共同,信号传输不存在问题。若两个器材供电电压不共同,则会存在电平不匹配问题。

  以3.3V器材与5V器材衔接为例,会呈现以下两个问题:

  u5V器材输入引脚或许无法辨认3.3V器材输出的高电平

  如图 1,3.3V器材输出VOH最大值3.3V也无法到达5V器材VIH的最小值3.5V,无法确保3.3V器材输出的高电平被正确辨认。由于器材规划有必定余量,在测验时或许仍可正常作业,但存在危险,如呈现器材电压动摇时,就会呈现问题。

  图1 3.3V器材输出,5V信号输入

  u5V器材输出高电平或许损坏3.3V器材输入接口。

  如图 2,5V器材输出高电平信号远高于3.3V,若3.3V器材输入引脚不支持5V电平输入,则作业时会有电流灌入3.3V器材,严峻会形成器材损坏。

  图2 5V信号输出,3.3V信号输入

  三、阻隔收发器选型

  以CTM1051(A)M系列产品为例,其内部选用的CMOS技能的芯片,引脚电平如图3,契合CMOS电平规范。在选型时,应该针对不同的MCU挑选相应类型,才干根绝因电平不匹配发作问题,若MCU为5V供电,应挑选CTM1051M;若MCU为3.3V供电,则挑选CTM1051AM。

怎么确保MCU与阻隔收发器的牢靠通讯?1130.png

  图3 CTM1051(A)M引脚电平

  四、实践事例

  客户运用于我司一款阻隔CAN收发器模块,现已大批量出货,但使用中呈现单个反常现象。反常产品表现为CAN总线间歇性通讯毛病。当产品处于高温环境时(如65℃),对其进行重复上电,可复现通讯毛病现象。

  1.复现反常

  将反常品置于65℃的烤箱中,并对以下信号进行测验: MCU供电、TXD、CAN差分、CAN模块供电。未呈现反常时,各点波形如图4。能够看到,MCU是3.3V供电,电压稳定在3.2V左右,CAN模块供电稳定在5.07V左右,CAN差分波形与TXD信号对应无反常。

  图4 正常时波形

  对反常板卡进行重复上电,CAN总线呈现很多过错帧,问题复现。反常时,各点波形如图5,MCU供电电压、CAN模块供电电压一起呈现动摇,并呈现反常位。反常位呈现时,MCU供电下降到3.08V,CAN模块供电上升至5.19V。

  图5 反常时波形

  仔细观察反常位波形,如图6,发现TXD变为高电平时,CAN差分电平并未跟从改变,而当TXD再次呈现一个小的噪声尖峰时,CAN差分电平才变为隐性电平。结合此刻MCU供电电压下降,CAN模块供电反而上升的状况,开始承认问题是因供电电压动摇,形成TXD高电平无法辨认导致。

  图6 反常位波形

  2.问题定位

  因置疑TXD电平无法辨认,对CAN模块的TXD高电平阀值电压值进行测验。不同输入电压下,测验数据如表3。

  表3 反常品TXD高电平阀值电压

  从测验数据看出,在不同的环境温度下,TXD高电平阀值电压改变均不大。4.75V供电时,阀值约2.91V;5V供电时,阀值约3.06V;5.25V供电时,阀值约3.2V。

  如图5,反常位呈现时,CAN模块的供电为5.19V,此刻TXD高电平阀值应该约为3.17V,而MCU的供电仅为3.08V,IO输出电压无法到达3.17V,故无法辨认高电平。当TXD呈现噪声尖峰时,使TXD短时间高于3.17V,触发CAN模块内部切换,总线差分信号发作改变。

  此处验证了上文的猜想,承认毛病发作原由于:高温上电时,MCU、CAN模块供电电压呈现动摇,CAN模块的TXD引脚无法辨认MCU发作的高电平信号,导致过错帧继续呈现,形成CAN通讯中止。

  3.解决方案

  替换为电平匹配的阻隔模块后(由5V阻隔模块替换成3.3V阻隔模块),TXD高电平阀值电压及CAN总线通讯电平幅值如下图7所示,均已康复正常幅值,通讯无反常。

  图7 替换模块后的TXD高电平阀值以及CAN总线电平


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