CN214380868U - 一种数据透明传输的can总线隔离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数据透明传输的CAN总线隔离器，所述CAN总线隔离器包括第一CAN收发器、第一逻辑控制电路、光耦隔离电路、第二逻辑控制电路和第二CAN收发器，所述第一CAN收发器通过所述第一逻辑控制电路与所述光耦隔离电路电连接，所述第二CAN收发器通过所述第二逻辑控制电路与所述光耦隔离电路电连接。不仅安全、可靠、能够避免纵向干扰、保护CAN接口，而且能够适配于各种本安接口的设备与非本安接口的设备之间相连接。

Description

一种数据透明传输的CAN总线隔离器

技术领域

本实用新型涉及现场总线和自动化设备通讯技术领域，特别涉及一种数据透明传输的CAN总线隔离器。

背景技术

CAN总线是现在广泛使用的一种现场总线，其诸多优点已得到业界的共同认可。

但是仍然存在诸多不足：

其一，许多采用设备的CAN总线接口并没有经过电气隔离，当总线上的CAN接口设备较多时，由于各站点的地电位不同，难免产生地线环路干扰（也称纵向干扰），影响系统通讯的可靠性，严重时甚至会损坏CAN接口；

其二，在许多易燃易爆场合如煤矿井下等，广泛使用着许多传感器、执行器等自动化设备，这些设备通常都是本安接口，而上位机控制器这类设备又常常是非本安接口。根据行业安全规范，必须是本安接口连接本安接口，非本安接口连接非本安接口。

发明内容

本实用新型的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种不仅安全、可靠、能够避免纵向干扰、保护CAN接口，而且能够适配于各种本安接口的设备与非本安接口的设备之间相连接的数据透明传输的CAN总线隔离器。

本实用新型的技术方案是：本实用新型公开了一种数据透明传输的CAN总线隔离器，所述CAN总线隔离器包括第一CAN收发器、第一逻辑控制电路、光耦隔离电路、第二逻辑控制电路和第二CAN收发器，所述第一CAN收发器通过所述第一逻辑控制电路与所述光耦隔离电路电连接，所述第二CAN收发器通过所述第二逻辑控制电路与所述光耦隔离电路电连接。

所述第一CAN收发器主要由采用型号为82C250或82C251的收发器U1组成，所述第二CAN收发器主要由采用型号为82C250或82C251的收发器U2组成；所述第一逻辑控制电路主要由采用型号为74LVC1G126的三态缓冲器U3、二极管D1、电阻R1和电容C1组成；所述光耦隔离电路主要由采用型号为6N137的光耦隔离器件U5、采用型号为6N137的光耦隔离器件U6、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6组成；所述第二逻辑控制电路主要由采用型号为74LVC1G126的三态缓冲器U4、二极管D2、电阻R2和电容C2组成。

进一步，所述收发器U1的第4引脚连接所述三态缓冲器U3的输入端，该三态缓冲器U3的输出端连接电阻R3的一端，该电阻R3的另一端连接光耦隔离器件U5的第3引脚；光耦隔离器件U6的第6引脚连接电阻R5的一端和二极管D1的负极、电阻R1的一端、所述收发器U1的第1引脚；该二极管D1的正极连接电阻R1的另一端和电容C1的一端，并连接到三态缓冲器U3的控制端，从而控制三态缓冲器U3的打开和关闭，并且所述电阻R1和所述电容C1组成RC电路，控制三态缓冲器U3打开和关闭的时间。

进一步，所述收发器U2的第4引脚连接所述三态缓冲器U4的输入端，该三态缓冲器U4的输出端连接电阻R4的一端，该电阻R4的另一端连接光耦隔离器件U6的第3引脚；光耦隔离器件U5的第6引脚连接电阻R6的一端和二极管D2的负极、电阻R2的一端、所述收发器U2的第1引脚；该二极管D2的正极连接电阻R2的另一端和电容C2的一端，并连接到三态缓冲器U4的控制端，从而控制三态缓冲器U4的打开和关闭，并且所述电阻R2和所述电容C2组成RC电路，控制三态缓冲器U4打开和关闭的时间。

进一步，所述光耦隔离器件U5的第2引脚连接到电源Vcc1、第3引脚连接到电阻R3，第7引脚和第8引脚连接到电源Vcc2，第6引脚连接到电阻R6、电阻R2、二极管D2、收发器U2的第1引脚。

进一步，所述光耦隔离器件U6的第2引脚连接到电源Vcc2、第3引脚连接到电阻R4，第7引脚和第8引脚连接到电源Vcc1，第6引脚连接到电阻R5、电阻R1、二极管D1、收发器U1的第1引脚。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型采用第一CAN收发器通过第一逻辑控制电路与光耦隔离电路电连接，第二CAN收发器通过第二逻辑控制电路与光耦隔离电路电连接的设计，不仅安全、可靠、能够避免纵向干扰、保护CAN接口，而且能够适配于各种本安接口的设备与非本安接口的设备之间相连接。

2.本实用新型中，整个电路在光耦隔离电路两侧成对称结构，电路简单可靠，可用于对CAN总线进行信号调理和电气隔离，极低的信号延迟（纳秒级门电路延迟）和bit位物理层信号传输保证了数据透明传输和波特率自适应，适用所有上层CAN协议通讯，设备安装本实用新型CAN总线隔离器后，并不需修改原来的通讯协议和软件。

3.本实用新型采用矿用本质安全的设计，适用于煤矿等易燃易爆场合和上位机之间的电气隔离，符合煤矿安全标准规范，CAN总线与CAN总线隔离器配合使用，能够极大地提高了CAN总线的抗噪声和抗干扰能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的电路原理框图；

图2是本实用新型的电路原理图。

附图标记：U1、U2—收发器；U3、U4—三态缓冲器；U5、U6—光耦隔离器件；D1—二极管；D2—二极管；R1—电阻；R2—电阻；R3—电阻；R4—电阻；R5—电阻；R6—电阻；C1—电容；C2—电容。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中介媒体相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

下面结合实施例对本实用新型中的技术方案进行详细的阐述。

参见图1至2所示：本实用新型公开了一种数据透明传输的CAN总线隔离器。

所述CAN总线隔离器包括第一CAN收发器、第一逻辑控制电路、光耦隔离电路、第二逻辑控制电路和第二CAN收发器，所述第一CAN收发器通过所述第一逻辑控制电路与所述光耦隔离电路电连接，所述第二CAN收发器通过所述第二逻辑控制电路与所述光耦隔离电路电连接。

本实施例采用第一CAN收发器通过第一逻辑控制电路与光耦隔离电路电连接，第二CAN收发器通过第二逻辑控制电路与光耦隔离电路电连接的设计，不仅安全、可靠、能够避免纵向干扰、保护CAN接口，而且能够适配于各种本安接口的设备与非本安接口的设备之间相连接。

具体的是：所述第一CAN收发器主要由采用型号为82C250或82C251的收发器U1组成；所述第二CAN收发器主要由采用型号为82C250或82C251的收发器U2组成；所述第一逻辑控制电路主要由采用型号为74LVC1G126的三态缓冲器U3、二极管D1、电阻R1和电容C1组成；所述光耦隔离电路主要由采用型号为6N137的光耦隔离器件U5、采用型号为6N137的光耦隔离器件U6、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6组成；所述第二逻辑控制电路主要由采用型号为74LVC1G126的三态缓冲器U4、二极管D2、电阻R2和电容C2组成。

进一步，所述第一CAN收发器U1的第4引脚连接所述三态缓冲器U3的输入端，该三态缓冲器U3的输出端连接电阻R3的一端，该电阻R3的另一端连接光耦隔离器件U5的第3引脚；光耦隔离器件U6的第6引脚连接电阻R5的一端和二极管D1的负极、电阻R1的一端、所述第一CAN收发器U1的第1引脚；该二极管D1的正极连接电阻R1的另一端和电容C1的一端，并连接到三态缓冲器U3的控制端，从而控制三态缓冲器U3的打开和关闭，并且所述电阻R1和所述电容C1组成RC电路，控制三态缓冲器U3打开和关闭的时间。

进一步，所述第二CAN收发器U2的第4引脚连接所述三态缓冲器U4的输入端，该三态缓冲器U4的输出端连接电阻R4的一端，该电阻R4的另一端连接光耦隔离器件U6的第3引脚；光耦隔离器件U5的第6引脚连接电阻R6的一端和二极管D2的负极、电阻R2的一端、所述第二CAN收发器U2的第1引脚；该二极管D2的正极连接电阻R2的另一端和电容C2的一端，并连接到三态缓冲器U4的控制端，从而控制三态缓冲器U4的打开和关闭，并且所述电阻R2和所述电容C2组成RC电路，控制三态缓冲器U4打开和关闭的时间。

进一步，所述光耦隔离器件U5的第2引脚连接到电源Vcc1、第3引脚连接到电阻R3，第7引脚和第8引脚连接到电源Vcc2，第6引脚连接到电阻R6、电阻R2、二极管D2、收发器U2的第1引脚。

进一步，所述光耦隔离器件U6的第2引脚连接到电源Vcc2、第3引脚连接到电阻R4，第7引脚和第8引脚连接到电源Vcc1，第6引脚连接到电阻R5、电阻R1、二极管D1、收发器U1的第1引脚。

本实施例中，一方面，整个电路在光耦隔离电路两侧成对称结构，电路简单可靠，可用于对CAN总线进行信号调理和电气隔离，极低的信号延迟（纳秒级门电路延迟）和bit位物理层信号传输保证了数据透明传输和波特率自适应，适用所有上层CAN协议通讯，设备安装本实用新型CAN总线隔离器后，并不需修改原来的通讯协议和软件；另一方面，采用矿用本质安全的设计，适用于煤矿等易燃易爆场合和上位机之间的电气隔离，符合煤矿安全标准规范，CAN总线与CAN总线隔离器配合使用，能够极大地提高了CAN总线的抗噪声和抗干扰能力。

当第一CAN收发器的收发器U1的CAN接口CANH1、CANL1接收到显性电平逻辑0时，第一CAN收发器的收发器U1的第4引脚输出地电平，三态缓冲器U3输出低电平，光耦隔离器件U5的输入回路导通，光耦隔离器件U5的第6引脚输出低电平，第二CAN收发器的收发器U2的第1引脚输入低电平，第二CAN收发器的收发器U2的CAN接口CANH2、CANL2输出显性电平逻辑0；同时二极管D2导通，使三态缓冲器U4的控制端为低电平，三态缓冲器U4关断，避免了输出CANH2、CANL2显性逻辑0信号的反馈。

当第一CAN收发器的收发器U1的CAN接口CANH1、CANL1由显性电平逻辑0变为隐性逻辑1电平时，第一CAN收发器的收发器U1的第4引脚输出高电平，三态缓冲器U3输出高电平，光耦隔离器件U5输入端截止，光耦隔离器件U5的第6引脚输出高电平，第二CAN收发器的收发器U2的1脚输入高电平，第二CAN收发器的收发器U2的CAN接口CANH2、CANL2输出高阻悬浮的隐性电平；由于电容C2上面的低电平电压不能突变，此时三态缓冲器U4仍然处于关断，需经过R2×C2时间充电后才会才使得三态缓冲器U4的控制端变成高电平，从而使三态缓冲器U4导通。

反之，当第二CAN收发器的收发器U2的CAN接口（指CANH2接口和CANL2接口）接收到显性电平逻辑0时，其原理与上述相同，仅信号流动方向相反，此处不再赘述。

另外，实际使用时，若用于本安接口与非本安接口之间的隔离，优选将CANH1、CANL1连接本安接口，Vcc1接本安电源；CANH2、CANL2连接非本安接口，Vcc2接非本安电源。实际使用时，根据波特率的不同，根据需要可以适当调整R1、C1和R2、C2的数值，调整过程为现有成熟技术。实际使用时，根据不同的网络拓扑，优选地在CAN接口CANH1、CANL1之间和/或 CANH2、CANL2之间接入120欧姆的终端电阻，以消除信号反射的影响。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的宗旨和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础；当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种数据透明传输的CAN总线隔离器，其特征在于：

所述CAN总线隔离器包括第一CAN收发器、第一逻辑控制电路、光耦隔离电路、第二逻辑控制电路和第二CAN收发器，

所述第一CAN收发器通过所述第一逻辑控制电路与所述光耦隔离电路电连接，

所述第二CAN收发器通过所述第二逻辑控制电路与所述光耦隔离电路电连接。

2.根据权利要求1所述数据透明传输的CAN总线隔离器，其特征在于：

所述第一CAN收发器主要由采用型号为82C250或82C251的收发器U1组成；

所述第二CAN收发器主要由采用型号为82C250或82C251的收发器U2组成；

所述第一逻辑控制电路主要由采用型号为74LVC1G126的三态缓冲器U3、二极管D1、电阻R1和电容C1组成；

所述光耦隔离电路主要由采用型号为6N137的光耦隔离器件U5、采用型号为6N137的光耦隔离器件U6、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6组成；

所述第二逻辑控制电路主要由采用型号为74LVC1G126的三态缓冲器U4、二极管D2、电阻R2和电容C2组成。

3.根据权利要求2所述数据透明传输的CAN总线隔离器，其特征在于：

所述第一CAN收发器的收发器U1的第4引脚连接所述三态缓冲器U3的输入端，该三态缓冲器U3的输出端连接电阻R3的一端，该电阻R3的另一端连接光耦隔离器件U5的第3引脚；光耦隔离器件U6的第6引脚连接电阻R5的一端和二极管D1的负极、电阻R1的一端、所述第一CAN收发器的收发器U1的第1引脚；

该二极管D1的正极连接电阻R1的另一端和电容C1的一端，并连接到三态缓冲器U3的控制端，从而控制三态缓冲器U3的打开和关闭，并且所述电阻R1和所述电容C1组成RC电路，控制三态缓冲器U3打开和关闭的时间。

4.根据权利要求2所述数据透明传输的CAN总线隔离器，其特征在于：

所述第二CAN收发器的收发器U2的第4引脚连接所述三态缓冲器U4的输入端，该三态缓冲器U4的输出端连接电阻R4的一端，该电阻R4的另一端连接光耦隔离器件U6的第3引脚；光耦隔离器件U5的第6引脚连接电阻R6的一端和二极管D2的负极、电阻R2的一端、所述第二CAN收发器的收发器U2的第1引脚；

该二极管D2的正极连接电阻R2的另一端和电容C2的一端，并连接到三态缓冲器U4的控制端，从而控制三态缓冲器U4的打开和关闭，并且所述电阻R2和所述电容C2组成RC电路，控制三态缓冲器U4打开和关闭的时间。

5.根据权利要求2所述数据透明传输的CAN总线隔离器，其特征在于：

所述光耦隔离器件U5的第2引脚连接到电源Vcc1、第3引脚连接到电阻R3，第7引脚和第8引脚连接到电源Vcc2，第6引脚连接到电阻R6、电阻R2、二极管D2、收发器U2的第1引脚。

6.根据权利要求2所述数据透明传输的CAN总线隔离器，其特征在于：

所述光耦隔离器件U6的第2引脚连接到电源Vcc2、第3引脚连接到电阻R4，第7引脚和第8引脚连接到电源Vcc1，第6引脚连接到电阻R5、电阻R1、二极管D1、收发器U1的第1引脚。

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