TCAN33x 3.3-V CAN 收發(fā)器：CAN FD 應(yīng)用的理想之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，CAN（Controller Area Network）收發(fā)器是構(gòu)建可靠通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組件。今天，我們就來詳細(xì)探討一下德州儀器（TI）的 TCAN33x 系列 3.3-V CAN 收發(fā)器，它支持 CAN FD（Flexible Data Rate），為我們帶來了許多出色的特性和功能。

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一、產(chǎn)品概述

TCAN33x 系列設(shè)備與 ISO 11898 高速 CAN 物理層標(biāo)準(zhǔn)兼容。其中，TCAN330、TCAN332、TCAN334 和 TCAN337 的數(shù)據(jù)速率最高可達(dá) 1 Mbps；而 TCAN330G、TCAN332G、TCAN334G 和 TCAN337G 則在等待 ISO 11898 - 2 包含 CAN FD 的更新版本發(fā)布，它們額外規(guī)定了定義環(huán)路延遲對(duì)稱性的時(shí)序參數(shù)，數(shù)據(jù)速率最高可達(dá) 5 Mbps。

二、特性亮點(diǎn)

2.1 電源與兼容性

• 單電源操作：采用 3.3-V 單電源供電，能直接與 3.3-V CAN 控制器/MCU 接口，并且還能與總線上的其他 5-V CAN 收發(fā)器完全兼容。
• 數(shù)據(jù)速率：普通型號(hào)數(shù)據(jù)速率最高可達(dá) 1 Mbps，而 TCAN33xG 系列設(shè)備的數(shù)據(jù)速率更是高達(dá) 5 Mbps，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度的需求。

2.2 封裝與模式

• 封裝選項(xiàng)：提供 SOIC - 8 和 SOT - 23 兩種封裝形式，方便我們根據(jù)實(shí)際的 PCB 空間和布局需求進(jìn)行選擇。
• 多種工作模式：具備正常模式（所有設(shè)備）、低功耗待機(jī)模式（TCAN334）、靜默模式（TCAN330、TCAN337）和關(guān)機(jī)模式（TCAN330、TCAN334），可以根據(jù)系統(tǒng)的不同工作狀態(tài)靈活切換，有效降低功耗。

2.3 性能與保護(hù)

• 寬共模范圍：工作的共模范圍為 ±12 V，總線引腳故障保護(hù)為 ±14 V，能適應(yīng)復(fù)雜的電氣環(huán)境，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
• 低環(huán)路延遲：總環(huán)路延遲 < 135 ns，確保數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確傳輸。
• ESD 保護(hù)：集成 12 kV IEC - 61000 - 4 - 2 ESD 接觸放電保護(hù)，無需額外的組件就能增強(qiáng)系統(tǒng)級(jí)的魯棒性。
• 多種保護(hù)特性：包括驅(qū)動(dòng)和接收器主導(dǎo)超時(shí)（DTO），為 CAN 網(wǎng)絡(luò)提供強(qiáng)大的保護(hù)，防止因局部故障導(dǎo)致總線鎖定。

三、詳細(xì)參數(shù)

3.1 絕對(duì)最大額定值

3.2 ESD 額定值

3.3 推薦工作條件

四、功能特性詳解

4.1 TXD 主導(dǎo)超時(shí)（TXD DTO）

在正常模式下，當(dāng) TXD 保持主導(dǎo)狀態(tài)的時(shí)間超過超時(shí)時(shí)間 tTXD_DTO 時(shí)，DTO 電路會(huì)禁用 CAN 總線驅(qū)動(dòng)器，釋放總線，讓其他節(jié)點(diǎn)能夠繼續(xù)通信。當(dāng) TXD 恢復(fù)為隱性信號(hào)時(shí)，CAN 驅(qū)動(dòng)器會(huì)重新激活。

4.2 RXD 主導(dǎo)超時(shí)（RXD DTO）

當(dāng)總線保持主導(dǎo)狀態(tài)的時(shí)間超過超時(shí)時(shí)間 tRXD_DTO 時(shí)，RXD DTO 電路會(huì)使 RXD 引腳恢復(fù)為高電平（隱性）。當(dāng)總線恢復(fù)為隱性信號(hào)時(shí)，RXD 輸出會(huì)重新鏡像總線接收器的輸出。

4.3 熱關(guān)斷

如果設(shè)備的結(jié)溫超過熱關(guān)斷閾值，設(shè)備會(huì)關(guān)閉 CAN 驅(qū)動(dòng)器電路，阻止 TXD 到總線的傳輸路徑。當(dāng)結(jié)溫下降到熱關(guān)斷溫度以下時(shí)，關(guān)斷條件會(huì)被清除。

4.4 欠壓鎖定和無電源設(shè)備

當(dāng) Vcc 電源電壓下降到 UVLO 閾值以下時(shí)，設(shè)備會(huì)進(jìn)入保護(hù)模式，保護(hù)總線。無電源時(shí)，設(shè)備的總線和邏輯引腳呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，不會(huì)對(duì)工作總線或應(yīng)用造成負(fù)載。

4.5 故障引腳（TCAN337）

當(dāng)出現(xiàn) TXD 主導(dǎo)超時(shí)、RXD 主導(dǎo)超時(shí)、熱關(guān)斷或欠壓鎖定等故障時(shí)，F(xiàn)AULT 引腳（開漏輸出）會(huì)關(guān)閉，外部上拉到 Vcc 電源時(shí)會(huì)變?yōu)楦唠娖健?/p>

4.6 浮動(dòng)引腳

設(shè)備在關(guān)鍵端子上有內(nèi)部上拉和下拉電阻，確保引腳浮動(dòng)時(shí)設(shè)備處于已知狀態(tài)。但在設(shè)計(jì)時(shí)，尤其是在嘈雜環(huán)境中，不能僅僅依賴內(nèi)部偏置，還需要采取額外的措施。

4.7 CAN 總線短路電流限制

設(shè)備具備多種保護(hù)特性，限制 CAN 總線短路時(shí)的短路電流，包括 CAN 驅(qū)動(dòng)器電流限制和 TXD 主導(dǎo)超時(shí)，防止系統(tǒng)故障導(dǎo)致總線長(zhǎng)時(shí)間處于高短路電流的主導(dǎo)狀態(tài)。

4.8 ESD 保護(hù)

總線引腳具有片上 ESD 保護(hù)，可承受 ±25-kV 人體模型（HBM）和 ±12-kV IEC61000 - 4 - 2 接觸放電，有效保護(hù)設(shè)備免受靜電損害。

五、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 應(yīng)用場(chǎng)景

• 工業(yè)自動(dòng)化：在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，需要可靠的通信網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的協(xié)同工作。TCAN33x 系列收發(fā)器的高數(shù)據(jù)速率、寬共模范圍和多種保護(hù)特性，能夠滿足工業(yè)環(huán)境對(duì)通信穩(wěn)定性和可靠性的要求。
• 建筑與安全：在建筑的安全和氣候控制自動(dòng)化系統(tǒng)中，需要對(duì)各種傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。TCAN33x 系列收發(fā)器可以提供穩(wěn)定的通信連接，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
• 電信基站：電信基站的狀態(tài)監(jiān)控和控制需要高速、可靠的通信。TCAN33x 系列收發(fā)器的數(shù)據(jù)速率和兼容性能夠滿足電信基站的應(yīng)用需求。

5.2 總線設(shè)計(jì)

• 總線負(fù)載與節(jié)點(diǎn)數(shù)量：ISO 11898 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了數(shù)據(jù)速率、總線長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)數(shù)量的限制，但通過精心的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，可以突破這些限制。TCAN33x 系列收發(fā)器具有高輸入阻抗和寬共模范圍，適合連接大量節(jié)點(diǎn)。在設(shè)計(jì) CAN 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要考慮信號(hào)損失、寄生負(fù)載、網(wǎng)絡(luò)不平衡等因素，合理確定節(jié)點(diǎn)數(shù)量和總線長(zhǎng)度。
• CAN 終端：為了防止信號(hào)反射，需要使用與電纜特性阻抗相等的電阻對(duì)總線兩端進(jìn)行終端匹配。同時(shí)，還可以采用分裂終端的方式，提高總線的電磁兼容性。

5.3 電源與布局

• 電源推薦：為了確保在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下可靠運(yùn)行，每個(gè)電源都應(yīng)使用一個(gè) 100nF 陶瓷電容進(jìn)行去耦，并且該電容應(yīng)盡可能靠近 Vcc 電源引腳。
• 布局指南：在 PCB 設(shè)計(jì)中，需要注意瞬態(tài)保護(hù)、總線終端、去耦電容、接地和電源連接、數(shù)字輸入輸出等方面的布局。例如，瞬態(tài)保護(hù)器件應(yīng)盡可能靠近連接器，以防止瞬態(tài)能量和噪聲進(jìn)入電路板的其他網(wǎng)絡(luò)。

六、總結(jié)

TCAN33x 系列 3.3-V CAN 收發(fā)器憑借其豐富的特性、出色的性能和可靠的保護(hù)機(jī)制，為 CAN FD 應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。無論是在工業(yè)自動(dòng)化、建筑安全還是電信基站等領(lǐng)域，都能發(fā)揮重要作用。作為電子工程師，在進(jìn)行 CAN 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，不妨考慮一下這款產(chǎn)品，相信它會(huì)給你的設(shè)計(jì)帶來意想不到的效果。你在使用 CAN 收發(fā)器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。