在與控制器區域網絡 （CAN） 通信總線互連的汽車和工業系統中，使用的控制器數量正在不斷增加。對于設計人員來說，這意味著他們必須考慮寬頻率范圍內的電噪聲環境——從高頻輻射電磁干擾 （EMI） 到共模傳導干擾，以及電機、繼電器等各種負載的連接和斷開及交流發電機 / 發電機的啟停引起的電壓尖峰。雖然 CAN 總線適用于惡劣的電氣環境，但如果沒有適當的保護，它們很容易出現各種故障模式。本文說明了 CAN 故障的潛在原因，并介紹了常見的隔離技術。然后文中介紹了來自 Texas Instruments、RECOM Power、 NXP Semiconductors 和 Analog Devices 等供應商的解決方案（設計人員可使用這些解決方案保護 CAN 設備），以及如何有效實施這些解決方案（包括使用評估板）的指導。提供的解決方案包括分立實施方案（即基于單個 CAN 收發器）以及基于單芯片和雙芯片隔離 CAN 總線設計的集成解決方案。

　　故障的原因和隔離的必要性

　　CAN 總線故障可能由多種原因引起：子系統之間的接地電勢差；共模能量和輻射能量等一般噪聲源；以及配電總線上的高壓噪聲和尖峰。為確保汽車和工業系統中 CAN 總線互連器件的穩健運行，需要兩種隔離類型：

　　與電源總線隔離

　　連接各子系統的通信總線的隔離與集成解決方案相比，電源和信號路徑單獨隔離的解決方案通常成本更低，效率更高。這些解決方案還使設計人員能夠獨立優化兩條路徑的隔離電平。設計人員可自由選擇最適合具體應用的隔離技術類型。選擇包括磁隔離、光隔離和電容隔離。有關各種隔離選擇的詳細討論不在本文的討論范圍內，但為了更好地了解，請參閱“How to Select the Right Galvanic Isolation Technology for IoT Sensors”。基本電氣絕緣（使用絕緣材料）與強化絕緣之間也有區別。所需的絕緣水平取決于所涉及的電壓電平，以及是否存在從可接觸部件到地面的連接。基本絕緣提供一級防電擊保護。 電壓大于 60 V DC 或 30 V AC 的系統視為危險系統，需要至少一級保護。系統不一定具有故障保險措施，但任何故障都將限制在系統內。強化或雙重絕緣可提供兩級保護。這樣可以在發生故障時確保用戶的安全。接入市電電壓的系統要求具有強化絕緣。

　　隔離解決方案之間的設計權衡

　　CAN 總線系統中的隔離選項包括電源和信號分別隔離的分立解決方案，以及完全集成的電源和信號隔離解決方案。集成解決方案還可包括相關保護功能，如高靜電放電 （ESD） 魯棒性和射頻 （RF） 抗擾度，從而使其可以在汽車和工業應用中使用，而無需額外的保護器件，例如瞬態電壓抑制器二極管。在這些不同的解決方案選項之間存在尺寸與效率的性能權衡。就解決方案尺寸而言，單芯片解決方案是最小的，典型封裝約為 330 平方毫米 （mm2）。雙芯片解決方案較大，通常約為 875 mm2。由于外部 DC-DC 轉換器和所需支持元器件的尺寸，分立解決方案要大得多，典型尺寸約為 1，600 至 2，000 mm2。此外，還有效率的權衡，解決方案越大往往效率明顯更高。但是，由于所涉及的功率水平往往相當低（最高 15 毫安 （mA） 下 3 至 5 V），因此熱沖擊在設計中可能并不重要。單芯片和雙芯片解決方案的效率范圍為 50% 至 60%，使用外部 DC-DC 轉換器的分立隔離解決方案的效率可高達 75% 至 80%。

　　CAN 收發器的分立隔離解決方案

　　隔離式 CAN 收發器是相對簡單的器件。例如，考慮一下 Texas Instruments 的 ISO1042DWR 隔離式 CAN 收發器，其具有 70 V 總線故障保護和靈活的數據速率（圖 1）。該 ISO1042DWR 器件提供基本或強化隔離選擇。基本 ISO1042 收發器設計用于工業應用。