SN55HVD233-SEP：航天級CAN收發(fā)器的卓越之選

在電子工程師的設計世界里，選擇一款合適的收發(fā)器至關重要，尤其是在面對嚴苛的輻射環(huán)境時。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）的SN55HVD233-SEP 3.3V耐輻射CAN收發(fā)器，看看它是如何在復雜環(huán)境中脫穎而出的。

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一、器件概述

SN55HVD233-SEP專為采用符合ISO 11898標準的控制器局域網(wǎng)（CAN）串行通信物理層的應用而設計。作為CAN收發(fā)器，它在差分CAN總線和CAN控制器之間提供傳輸和接收能力，信令速度高達1Mbps。該器件專門用于非常嚴苛的輻射環(huán)境，具有交叉線保護、過壓保護、±16V接地失效保護和過熱（熱關斷）保護功能，可在–7V至12V的寬共模范圍內(nèi)運行。

二、特性亮點

（一）輻射耐受性強

• 單粒子鎖定（SEL）抗擾度：在125°C下的抗擾度可達$43 MeV - cm^{2} / mg$，這意味著它在輻射環(huán)境中能保持穩(wěn)定的性能，減少單粒子事件對器件的影響。
• 總電離劑量（TID）：每個晶圓批次的RLAT總電離劑量（TID）高達20krad(Si)，在高達30krad(Si)的條件下無ELDRS，確保了器件在輻射環(huán)境下的長期可靠性。

（二）增強型航天塑料封裝

• 受控基線：保證了產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性和一致性。
• 金線連接：提供了良好的電氣性能和可靠性。
• NiPdAu鉛涂層：增強了引腳的耐腐蝕性。
• 同一組裝和測試場所：便于質量控制和追溯。
• 同一制造場所：進一步確保了產(chǎn)品的質量和一致性。

（三）寬溫度范圍和長生命周期

• 支持軍用溫度范圍：可在–55°C至125°C的溫度范圍內(nèi)正常工作，適用于各種惡劣的環(huán)境條件。
• 延長的產(chǎn)品生命周期：減少了產(chǎn)品更換和升級的頻率，降低了成本。
• 延長的產(chǎn)品變更通知：讓工程師有足夠的時間應對產(chǎn)品變更，避免設計上的風險。

（四）其他特性

• 簡化原理圖：符合ISO 11898 - 2標準，總線引腳故障保護大于±16V，總線引腳ESD保護大于±14kV HBM，提高了器件的安全性和可靠性。
• 低釋氣：采用增強型模具化合物實現(xiàn)低釋氣，適用于對氣體釋放有嚴格要求的應用。

三、引腳配置和功能

四、電氣特性

（一）絕對最大額定值

（二）ESD額定值

靜電放電（ESD）是電子器件面臨的一個重要問題。SN55HVD233-SEP具有良好的ESD防護能力，其CANH、CANL和GND引腳的HBM ESD額定值為+14000V，其他引腳為+4000V，所有引腳的CDM ESD額定值為+500V。

（三）推薦工作條件

（四）熱信息

五、工作模式

（一）RS引腳模式選擇

SN55HVD233-SEP的RS引腳（引腳8）具有三種運行模式：高速、斜率控制或低功耗待機模式。

• 高速模式：將引腳8直接接地，驅動器輸出晶體管將盡快開啟和關閉，無上升和下降斜率限制，適用于對信號傳輸速度要求較高的應用。
• 斜率控制模式：在引腳8連接接地的電阻器以調節(jié)上升和下降斜率。斜率控制可通過0Ω電阻器值進行，以實現(xiàn)約38V/μs的單端壓擺率，所使用的電阻器值最高可達50kΩ，以實現(xiàn)約4V/μs的壓擺率。這種模式可以有效減少電磁干擾（EMI），適用于對EMI敏感的應用。
• 低功耗待機模式：對引腳8施加高邏輯電平，SN55HVD233-SEP會進入低電流待機（僅監(jiān)聽）模式，在此模式下，驅動器將關斷并且接收器保持活動狀態(tài)，可降低功耗。

（二）環(huán)回模式

當SN55HVD233-SEP的環(huán)回LBK引腳（引腳5）具有邏輯高電平時，會將總線輸出和總線輸入置于高阻抗狀態(tài)，其余電路將保持工作狀態(tài)，可用于驅動器到接收器的回送和自診斷節(jié)點功能，且不會干擾總線。這種模式對于系統(tǒng)的調試和故障診斷非常有用。

（三）CAN總線狀態(tài)

在器件供電運行期間，CAN總線具有兩種狀態(tài)：顯性和隱性。

• 顯性狀態(tài)：總線采用差分驅動方式，D和R引腳相應地置為邏輯低電平。
• 隱性狀態(tài)：總線通過接收器的高電阻內(nèi)部輸入電阻器$R{IN}$偏置為$V{CC} / 2$，D和R引腳相應地偏置為邏輯高電平。

六、應用與設計

（一）應用場景

SN55HVD233-SEP適用于多種應用場景，特別是衛(wèi)星應用。它可作為微處理器、FPGA或ASIC的主機CAN控制器與差分CAN總線之間的接口，支持近地軌道空間應用、空間數(shù)據(jù)總線通信和控制、機載數(shù)據(jù)處理的衛(wèi)星遙測和遙控等。

（二）典型應用設計

1. 設計要求

在進行CAN總線設計時，需要遵循一定的標準和要求。High - Speed ISO 11898標準規(guī)定了最大信令速率為1Mbps，最大總線長度為40m，最大節(jié)點數(shù)為30，最大未端接短截線長度為0.3m。電纜應采用屏蔽或非屏蔽雙絞線，特性阻抗為120Ω，總線兩端應使用120Ω電阻進行端接，以防止信號反射。

2. 詳細設計步驟

• 總線長度與信令速率的關系：總線長度和信令速率之間存在一定的關系，一般來說，總線長度越長，信令速率越低。例如，40m的總線長度對應的信令速率為1Mbps，100m對應的信令速率為0.5Mbps，200m對應的信令速率為0.25Mbps，500m對應的信令速率為0.1Mbps，1000m對應的信令速率為0.05Mbps。
• 斜率控制：通過在RS引腳（引腳8）連接接地的電阻器，可以調節(jié)SN55HVD233-SEP驅動器輸出的上升和下降斜率。斜率控制可以有效減少EMI，提高信號質量。
• 待機模式：當對RS引腳施加高電平輸入（>0.75 $V_{CC}$）時，電路進入低電流、僅監(jiān)聽的待機模式，驅動器關斷，接收器保持活動狀態(tài)。當總線上出現(xiàn)顯性狀態(tài)的上升沿（總線差分電壓>900mV典型值）時，本地控制器可以將電路從低功耗待機模式中喚醒。

（三）布局建議

1. 布局準則

• 最小化短截線長度：從節(jié)點插入到總線的短截線長度應盡量短，以減少信號反射和干擾。
• 總線負載、長度和節(jié)點數(shù)：ISO11898標準規(guī)定了數(shù)據(jù)速率、總線長度、短截線長度和節(jié)點數(shù)的最大值，但通過精心的網(wǎng)絡設計，可以延長電纜長度、增加短截線長度和節(jié)點數(shù)。SN55HVD233-SEP具有高輸入阻抗和寬共模范圍，支持在單個總線段上連接多達120個收發(fā)器。
• CAN端接：使用與電纜特性阻抗相等的電阻對總線兩端進行端接，以防止信號反射。應盡量減少未端接的短截線長度，以降低信號反射的影響。

2. 布局示例

文檔中提供了一個典型的電路板布局示例，展示了如何合理布置器件和布線，以確保信號的穩(wěn)定傳輸。

七、總結

SN55HVD233-SEP作為一款專為嚴苛輻射環(huán)境設計的CAN收發(fā)器，具有出色的輻射耐受性、多種保護功能和靈活的工作模式。它的高輸入阻抗和寬共模范圍使其適用于多種CAN總線應用場景，特別是在衛(wèi)星等航天領域。在進行設計時，工程師需要根據(jù)實際需求選擇合適的工作模式和參數(shù)，遵循布局準則，以確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。希望本文能為電子工程師在使用SN55HVD233-SEP進行設計時提供一些有用的參考。你在使用類似收發(fā)器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。