工业物联网之控制区域网络CAN & RS485通讯界面设计

晶焱科技工业用RS485传送接收器系列。

以建置智能工厂的工业4.0发展浪潮正方兴未艾，通过智能化控制，工业物联网(IIoT)，机械对机械通讯(M2M)，云端大数据计算等技术联结，将为工业生产带来革命性的变化，进而达到节省制造成本，缩短制造时间和更快速的反应市场需求。

而在工业物联网架构下负责最重要的现场设备信息传收、监控、控制和收集等功能的工业区域网络，主要将以RS485和CAN Bus为主。RS485挟其成本优势和实施简便已成为各种工业设备的网络通讯界面，而CAN Bus则是提供高安全等级及有效率的实时控制，具备侦错和容错机制，使网络信息传输更为可靠安全，是更完整的智能控制网络界面。

现场工业区域网络由于所处环境严苛，且工业电子设备保固要求比消费电子产品更长的期限，一般需大于5年以上，考量RS485和CAN Bus肩负工业物联网第一级的信息取得，因此需要极高的可靠度要求，包含ESD/Surge/EFT/Latch-Up/Hi-Pot/Polarity-Free/Fault Voltage等众多重要的可靠度参数指标，将是RS485和CAN bus传收器电路设计时的重要考量。

ESD静电放电包含元件和系统等级，其中元件等级须包含HBM/MM/CDM三种静电放电模型，而系统等级则要求参照IEC61000-4-2的静电枪模型为主。Surge是模拟雷击感应破坏，参照的测试标准为IEC61000-4-5为主。EFT则是电性快速暂态突波，主要模拟突波杂讯脉冲群对传接收信号的干扰，测试标准以IEC61000-4-4规范为主。

Latch-Up则为避免工业区域网络芯片因外部电流杂讯干扰导致芯片自我烧毁，主要测试标准以JEDEC JESD78A为主。Hi-Pot为高压隔离能力参数，工业区域网络芯片需在50Hz~60Hz交流电下耐受60秒不得超过10mA的电流产生，以避免因连接设备间的过高交流电压差而引起严重的工安事件。Polarity-Free无极性设计为防范现场工厂区域网络布线时误接或误触所导致的信号不良情况。Fault Voltage为工厂区域网络信号线的直流故障电压耐受值，以提供更高的安全性操作电压范围。

晶焱科技拥有协助客户建置智能电网的成功经验，除了亦积极的进军智能电网系统下的充电站和充电桩智能通讯网络建置开发，密切与客户合作开发出迎合工业市场需求的RS485和CAN Bus传收器芯片，以负责工业智能网络的第一线信息收发应用。如晶焱科技所开发的RS485传收器芯片，其系统等级的ESD保护能力最高可超越IEC61000-4-2接触+/-30kV和空气+/-30kV的静电枪测试设备极限值，而芯片等级的ESD保护能力可达HBM:+/-15kV/MM:+/-800V/CDM:+/-2kV等级。而在抗Latch-Up能力上则可超越400mA的要求，以避免栓锁效应的破坏。

Surge抗受能力可达IEC61000-4-5 30A规格，EFT抗受能力亦可达4.4kV测试电压。同时在整合差分电容隔离技术后，可将Hi-Pot隔离能力提升到方均根电压2.5kV等级。另外搭配自行开发的自动侦测极性和主动电路校正技术可避免工业区域网络布线反接的问题，并且开发一系列诸如针对低成本、低功耗，低压应用的RS485传收器芯片，以满足市场上不同客群的需求。

晶焱科技针对工业用CAN Bus传收器芯片部分，亦开发具有Fault Voltage直流故障电压高达70V的芯片，以及CM Range共模电压范围达到50V直流电压，以确保在更严苛的地浮动电压下，CAN Bus传收器芯片依然能稳定的工作，以支持工业智能网络更可靠安全的运作，进而推动工业4.0时代的向前迈进。 (本文由晶焱科技李健铭经理提供，尤嘉禾整理)