工業物聯網之控制區域網路CAN & RS485通訊介面設計

晶焱科技工業用RS485傳送接收器系列。

以建置智慧工廠的工業4.0發展浪潮正方興未艾，通過智慧化控制，工業物聯網(IIoT)，機械對機械通訊(M2M)，雲端大數據計算等技術聯結，將為工業生產帶來革命性的變化，進而達到節省製造成本，縮短製造時間和更快速的反應市場需求。

而在工業物聯網架構下負責最重要的現場設備資訊傳收、監控、控制和收集等功能的工業區域網路，主要將以RS485和CAN Bus為主。RS485挾其成本優勢和實施簡便已成為各種工業設備的網路通訊介面，而CAN Bus則是提供高安全等級及有效率的即時控制，具備偵錯和容錯機制，使網路訊息傳輸更為可靠安全，是更完整的智慧控制網路介面。

現場工業區域網路由於所處環境嚴苛，且工業電子設備保固要求比消費電子產品更長的期限，一般需大於5年以上，考量RS485和CAN Bus肩負工業物聯網第一級的資訊取得，因此需要極高的可靠度要求，包含ESD/Surge/EFT/Latch-Up/Hi-Pot/Polarity-Free/Fault Voltage等眾多重要的可靠度參數指標，將是RS485和CAN bus傳收器電路設計時的重要考量。

ESD靜電放電包含元件和系統等級，其中元件等級須包含HBM/MM/CDM三種靜電放電模型，而系統等級則要求參照IEC61000-4-2的靜電槍模型為主。Surge是模擬雷擊感應破壞，參照的測試標準為IEC61000-4-5為主。EFT則是電性快速暫態突波，主要模擬突波雜訊脈衝群對傳接收訊號的干擾，測試標準以IEC61000-4-4規範為主。

Latch-Up則為避免工業區域網路晶片因外部電流雜訊干擾導致晶片自我燒毀，主要測試標準以JEDEC JESD78A為主。Hi-Pot為高壓隔離能力參數，工業區域網路晶片需在50Hz~60Hz交流電下耐受60秒不得超過10mA的電流產生，以避免因連接設備間的過高交流電壓差而引起嚴重的工安事件。Polarity-Free無極性設計為防範現場工廠區域網路佈線時誤接或誤觸所導致的訊號不良情況。Fault Voltage為工廠區域網路訊號線的直流故障電壓耐受值，以提供更高的安全性操作電壓範圍。

晶焱科技擁有協助客戶建置智慧電網的成功經驗，除了亦積極的進軍智慧電網系統下的充電站和充電樁智慧通訊網路建置開發，密切與客戶合作開發出迎合工業市場需求的RS485和CAN Bus傳收器晶片，以負責工業智慧網路的第一線資訊收發應用。如晶焱科技所開發的RS485傳收器晶片，其系統等級的ESD保護能力最高可超越IEC61000-4-2接觸+/-30kV和空氣+/-30kV的靜電槍測試設備極限值，而晶片等級的ESD保護能力可達HBM:+/-15kV/MM:+/-800V/CDM:+/-2kV等級。而在抗Latch-Up能力上則可超越400mA的要求，以避免栓鎖效應的破壞。

Surge抗受能力可達IEC61000-4-5 30A規格，EFT抗受能力亦可達4.4kV測試電壓。同時在整合差分電容隔離技術後，可將Hi-Pot隔離能力提升到方均根電壓2.5kV等級。另外搭配自行開發的自動偵測極性和主動電路校正技術可避免工業區域網路佈線反接的問題，並且開發一系列諸如針對低成本、低功耗，低壓應用的RS485傳收器晶片，以滿足市場上不同客群的需求。

晶焱科技針對工業用CAN Bus傳收器晶片部分，亦開發具有Fault Voltage直流故障電壓高達70V的晶片，以及CM Range共模電壓範圍達到50V直流電壓，以確保在更嚴苛的地浮動電壓下，CAN Bus傳收器晶片依然能穩定的工作，以支持工業智慧網路更可靠安全的運作，進而推動工業4.0時代的向前邁進。 (本文由晶焱科技李健銘經理提供，尤嘉禾整理)