В современных автомобильных электронных системах широко используется технология шины CAN (сеть контроллеров) благодаря ее высокой надежности, высокой скорости и высокой гибкости. Шина CAN использует дифференциальный метод передачи сигнала, чтобы обеспечить защиту от помех во время передачи. Однако в некоторых особых случаях, таких как лабораторные испытания или специальное оборудование, может потребоваться простой и настраиваемый источник дифференциального выходного сигнала уровня CAN. Поэтому цель этой статьи - показать, как использовать простую схему для достижения этого требования.


Дизайнерские идеи

Чтобы получить регулируемый дифференциальный выходной сигнал уровня CAN, необходимо спроектировать схему, которая может генерировать дифференциальный сигнал. Схема должна соответствовать следующим условиям:

Синфазное напряжение дифференциального сигнала должно быть стабильным и составлять около 2,5 В;
Дифференциальное напряжение необходимо регулировать, то есть разницу напряжений между CAN_H и CAN_L;
Диапазон дифференциального напряжения должен находиться в пределах диапазона, разрешенного шиной CAN.
Исходя из вышеперечисленных условий, можно принять следующие расчетные схемы:

Используйте регулируемый источник питания для создания стабильного синфазного напряжения;
Измените дифференциальное напряжение, регулируя сеть резисторного делителя;
Используйте дифференциальный усилитель для усиления дифференциального сигнала в соответствии с требованиями уровня шины CAN.

Проектирование схемы

Схема формирования синфазного напряжения

Чтобы генерировать стабильное синфазное напряжение, можно использовать стабилизатор напряжения (например, LM7805), обеспечивающий напряжение 5 В. Затем напряжение 5 В снижается до 2,5 В через резисторный делитель в качестве синфазного напряжения. Чтобы улучшить стабильность напряжения, параллельно сети делителя напряжения можно подключить конденсатор, чтобы уменьшить пульсации.

Схема генерации дифференциального напряжения

Схема генерации дифференциального напряжения в основном состоит из резисторного делителя и дифференциального усилителя. Сеть резисторного делителя состоит из двух регулируемых резисторов, и дифференциальное напряжение изменяется путем регулировки значений сопротивления двух резисторов. Дифференциальный усилитель использует операционный усилитель (например, LM358) для усиления дифференциального сигнала. Чтобы получить необходимый диапазон дифференциальных напряжений, необходимо подобрать подходящий коэффициент усиления и величину сопротивления.

Схема дифференциального усилителя

Схема дифференциального усилителя использует метод двухконечного входа и несимметричного выхода. Входной конец подключен к дифференциальному сигналу, генерируемому сетью резисторного делителя, а выходной конец подключен к линиям CAN_H и CAN_L. При проектировании необходимо обратить внимание на такие параметры, как коэффициент подавления синфазного сигнала и полоса пропускания дифференциального усилителя, чтобы обеспечить соответствие его способности подавления синфазных сигналов и полосы пропускания передачи сигнала предъявляемым требованиям.


Реализация и тестирование схемы

Реализация схемы

Основываясь на приведенных выше дизайнерских идеях, вы можете нарисовать принципиальную схему и использовать инструменты электронного производства для изготовления печатной платы. Чтобы гарантировать стабильность и надежность схемы, в процессе производства необходимо уделять пристальное внимание расположению компонентов и качеству сварки.

Тест цепи

После того, как схема будет завершена, необходимо протестировать ее, чтобы убедиться в работоспособности. Сначала с помощью осциллографа измерьте стабильность синфазного напряжения и дифференциального напряжения; затем наблюдают за диапазоном изменения дифференциального напряжения, изменяя величину сопротивления подстроечного резистора; наконец, подключите схему к CAN-шине для фактического тестирования, чтобы убедиться в стабильности и правильности передачи сигнала.

Характеристики сигнала CAN-шины

Шина CAN использует дифференциальную передачу сигналов, то есть сигналы, передаваемые по линиям CAN_H и CAN_L, инвертируются. Когда напряжение CAN_H выше, чем напряжение CAN_L, это указывает на логическую «1»; когда напряжение CAN_H ниже, чем напряжение CAN_L, это указывает на логический «0». Диапазон уровней шины CAN обычно составляет от 2,5 В до 3,5 В для CAN_H и от 1,5 В до 2,5 В для CAN_L. В рецессивном состоянии (когда сигнал не передается) уровни CAN_H и CAN_L аналогичны, близки к синфазному напряжению (около 2,5В).

Заключение

В этой статье представлен метод использования простой схемы для реализации регулируемого дифференциального выходного сигнала уровня CAN. Путем разработки схемы генерации синфазного напряжения, схемы генерации дифференциального напряжения и схемы дифференциального усилителя можно получить стабильный и регулируемый источник дифференциального выходного сигнала уровня CAN. Схема имеет такие преимущества, как простая структура, низкая стоимость и простота реализации, и подходит для специальных применений, таких как лабораторные испытания или индивидуальное оборудование.