EVAL - 2LCANRS485EBZ评估板：双现场总线端口的设计与应用

在电子工程师的日常工作中，设计出满足特定需求且性能优良的电路是一项重要任务。今天，我们来深入探讨EVAL - 2LCANRS485EBZ评估板，它在双现场总线端口设计方面有着独特的优势。

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评估板概述

EVAL - 2LCANRS485EBZ评估板基于ADI的iCoupler®技术，集成了ADM3053和ADM2582E两款收发器。ADM3053是信号和电源隔离的CAN收发器，而ADM2582E则是信号和电源隔离的全/半双工RS - 485收发器。这款评估板采用2层PCB设计，具有低辐射发射的特点，并且通过了EN 55032 Class A标准。

评估板硬件特性

供电方式

评估板上ADM3053的(VCC)和(V{IO})引脚以及ADM2582E的(VCC)引脚需要外部电源供电。既可以通过板上ADP7104（U3）低 dropout（LDO）稳压器的固定5V输出供电，LDO输入电源需要在端子P1的1引脚提供6V - 9V的电源电压；也可以通过端子P1的3引脚直接提供标称5V电源。当需要直接为(VCC)和(V{IO})引脚供电时，由于ADP7104输出引脚具有反向电流保护，无需对评估板进行修改。如果要与非标称5V的逻辑电平接口，需要对评估板进行修改，根据具体电源方案移除部分或全部R1、R3和R5电阻。

信号路由

在板内路由逻辑侧输入和输出信号时，可以使用P3、P4、P5和P6螺丝端子连接器。默认配置为与信号和电源隔离收发器之间的5V输入和输出逻辑电平。评估板也可以修改为其他逻辑电平，具体可参考ADM3053和ADM2582E收发器的数据手册。此外，评估板还提供了总线侧螺丝端子，用于将现场总线信号引出板外。ADM3053 CAN收发器的连接路由到P9螺丝端子（1引脚和2引脚），ADM2582E RS - 485收发器的连接路由到P7螺丝端子（2引脚和3引脚）和P8螺丝端子（1引脚和2引脚）。

旁路电容要求

ADM3053和ADM2582E中的隔离式直流 - 直流转换器使用180 MHz载波频率通过芯片级变压器传输隔离电源。为了抑制噪声和减少纹波，需要在多个工作频率下使用旁路电容。在总线侧隔离电源引脚和隔离电源返回引脚附近直接连接至少两个电容的并联组合是非常有效的。推荐的隔离电源输出电容值为0.1 μF和10 μF，直流 - 直流转换器输入电源引脚的推荐电容值同样为0.1 μF和10 μF。较小的电容必须具有低等效串联电阻（ESR），并且电容与相应输入电源引脚之间的总引线长度应小于2 mm，以确保其有效性。在逻辑侧，旁路电容必须直接放置在直流 - 直流转换器电源输入和返回引脚附近。

EMC缓解技术

隔离设计

ADM3053和ADM2582E都采用了分裂总线侧引线框架焊盘的设计。在逻辑侧，直流 - 直流转换器和数字隔离共享一个焊盘；而在总线侧，隔离电源和隔离信号路径相互电隔离。隔离电源输出必须外部路由到信号隔离输入电源引脚，这种设计结合外部组件可以降低电磁辐射水平。

铁氧体磁珠

在总线侧隔离电源输出引脚和收发器输入电源引脚之间插入串联铁氧体磁珠，增加对高频电流的阻抗，是一种有效的电磁辐射缓解技术。铁氧体磁珠在100 MHz至1 GHz频率范围内的阻抗约为1.8 kΩ，可降低180 MHz主开关频率、360 MHz次级侧整流频率及其谐波的辐射。文中推荐了Taiyo Yuden的BKH1005LM182 - T和Murata Electronics的BLM15HD182SN1这两款铁氧体磁珠。

低阻抗返回路径

为直流 - 直流转换器发出的高频共模电流提供低阻抗返回路径也是一种EMC缓解技术。EVAL - 2LCANRS485EBZ上的安全电容C14和C15就起到了在保持所需隔离水平的同时创建返回路径的作用。在四层或更多层的PCB中，安全电容可以用由PCB内层构成的缝合电容替代或补充。不过，电容耦合逻辑侧和总线侧虽然通常适用于工业应用，但对于一些对泄漏电流要求严格的应用（如医疗应用）可能并不适用。此外，为了避免未滤波输出的电容耦合，需要在直流 - 直流转换器输出电源引脚、铁氧体磁珠和低阻抗返回路径周围设置金属禁入区域。

替代PCB配置

EVAL - 2LCANRS485EBZ默认配置为一个ADM3053（U1）和一个ADM2582E（U2），这两款器件引脚不完全兼容，但通过几个0 Ω、0603电阻可以实现隔离信号和电源收发器的互换。评估板也可以配置为两个ADM3053器件或两个ADM2582E器件。

辐射发射测试结果

EVAL - 2LCANRS485EBZ的电源传输电路布局使得ADP7104（U3）稳压器输出到隔离信号和电源收发器电源输入的走线较短，从而最小化了高频电流可以流动的环路面积。测试使用了短引线的电池，评估板通过了EN 55022 Class A标准，并且有一定的余量。测试结果表明，在使用铁氧体磁珠的情况下，ADM3053在2层PCB上的辐射低于EN 55032 Class A限制6.0 dB以上。

总结

EVAL - 2LCANRS485EBZ评估板为电子工程师提供了一个优秀的双现场总线端口设计解决方案。其合理的供电设计、有效的信号路由、严格的旁路电容要求以及多种EMC缓解技术，都为设计高性能、低辐射的电路提供了有力支持。在实际应用中，工程师们可以根据具体需求对评估板进行灵活配置和修改。大家在使用这款评估板的过程中，有没有遇到什么独特的问题或者有什么创新的应用思路呢？欢迎在评论区分享。