具備 CAN FD 的 TCAN33x 3.3V CAN 收發(fā)器：特性、應用與設(shè)計要點

在工業(yè)自動化、汽車電子等領(lǐng)域，CAN（Controller Area Network）總線憑借其高可靠性、實時性和抗干擾能力，成為了設(shè)備間通信的重要選擇。而具備 CAN FD（靈活數(shù)據(jù)速率）的 TCAN33x 3.3V CAN 收發(fā)器，更是為 CAN 網(wǎng)絡(luò)帶來了新的活力。今天，我們就來深入了解一下這款收發(fā)器的特性、應用以及設(shè)計要點。

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一、產(chǎn)品概述

TCAN33x 器件系列與 ISO 11898 高速 CAN 物理層標準兼容，包括 TCAN330、TCAN332、TCAN334 和 TCAN337 及其對應的 G 系列（TCAN330G、TCAN332G、TCAN334G 和 TCAN337G）。其中，G 系列器件的數(shù)據(jù)速率高達 5Mbps，而非 G 系列的數(shù)據(jù)傳輸速率均高達 1Mbps。

二、特性亮點

2.1 電源與速率

• 單電源工作：采用 3.3V 單電源工作，可直接連接 3.3V CAN 控制器/MCU，同時還能與同一總線上的其他 5V CAN 收發(fā)器完全兼容，為系統(tǒng)設(shè)計提供了更大的靈活性。
• 高速數(shù)據(jù)傳輸：TCAN33xG 器件的數(shù)據(jù)速率高達 5Mbps，能夠滿足高速通信的需求，適用于對數(shù)據(jù)傳輸速率要求較高的應用場景。

2.2 封裝與模式

• 多種封裝選項：提供 SOIC - 8 和 SOT - 23 封裝選項。SOIC - 8 封裝便于插接，而 SOT - 23 封裝則更適合空間受限的應用，工程師可以根據(jù)實際需求進行選擇。
• 豐富的工作模式：
  • 正常模式：所有器件都支持正常模式，在此模式下，CAN 驅(qū)動和接收器完全工作，實現(xiàn)雙向 CAN 通信。
  • 低功耗待機模式：TCAN334 具備具有喚醒功能的低功耗待機模式，可有效降低系統(tǒng)功耗。在待機模式下，CAN 驅(qū)動和主接收器關(guān)閉，但低功耗接收器和總線監(jiān)視器仍處于工作狀態(tài)，當檢測到總線活動時，可通過 RXD 輸出喚醒請求，使設(shè)備恢復正常工作。
  • 靜音模式：TCAN330 和 TCAN337 支持靜音模式，在該模式下，CAN 驅(qū)動禁用，接收器正常工作，實現(xiàn)單向接收功能，適用于只需要監(jiān)聽總線數(shù)據(jù)的場景。
  • 關(guān)斷模式：TCAN330 和 TCAN334 具備關(guān)斷模式，此模式下 CAN 驅(qū)動和接收器均關(guān)閉，功耗最低，可在系統(tǒng)不需要通信時使用。

2.3 電氣性能

• 寬共模工作電壓范圍：具有 ±12V 的寬共模工作電壓范圍，能夠適應復雜的電氣環(huán)境，保證在不同的共模電壓下正常工作。
• 總線引腳故障保護：提供 ±14V 的總線引腳故障保護，可有效防止總線引腳因過壓、短路等故障而損壞，提高了系統(tǒng)的可靠性。
• 低環(huán)路延遲：總環(huán)路延遲 < 135ns，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，減少了通信延遲對系統(tǒng)性能的影響。
• 寬工作溫度范圍：工作環(huán)境溫度范圍為 - 40°C 至 125°C，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定工作。

2.4 保護特性

• ESD 保護：總線引腳具備出色的 ESD 保護，HBM ESD 保護超過 ±25kV，IEC61000 - 4 - 2 ESD 接觸放電保護超過 ±12kV，有效防止靜電對器件的損害。
• 顯性超時保護：具有驅(qū)動器顯性超時（TXD DTO）和接收器顯性超時（RXD DTO）特性，可防止因硬件或軟件故障導致的總線阻塞，確保 CAN 網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。當 TXD 或 RXD 長時間處于顯性狀態(tài)時，相應的超時機制會使總線恢復到隱性狀態(tài)，避免局部故障影響整個網(wǎng)絡(luò)的通信。
• 故障輸出引腳：僅 TCAN337 具備故障輸出引腳，當出現(xiàn)故障時，該引腳會輸出信號，方便工程師及時發(fā)現(xiàn)和排查問題。
• 欠壓保護：具備 (V_{CC}) 欠壓保護功能，當電源電壓低于閾值時，器件會進入保護模式，將總線置于高阻抗狀態(tài)，防止對總線造成干擾。
• 熱關(guān)斷保護：當器件的結(jié)溫超過熱關(guān)斷閾值時，會自動關(guān)閉 CAN 驅(qū)動電路，避免器件因過熱而損壞。當溫度下降到一定程度后，器件會自動恢復正常工作。
• 總線引腳限流：對 CAN 總線引腳進行限流保護，防止短路時過大的電流對器件和總線造成損害。

三、應用領(lǐng)域

3.1 高速 CAN 網(wǎng)絡(luò)

TCAN33xG 器件可實現(xiàn)具有靈活數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)的 CAN 中的 5Mbps 運行，適用于對數(shù)據(jù)傳輸速率要求較高的高速 CAN 網(wǎng)絡(luò)，如汽車電子中的動力系統(tǒng)控制、工業(yè)自動化中的高速數(shù)據(jù)采集等。

3.2 高負載 CAN 網(wǎng)絡(luò)

在高負載 CAN 網(wǎng)絡(luò)中，TCAN33x 系列器件可實現(xiàn) 1Mbps 的穩(wěn)定運行，能夠滿足大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，如工業(yè)自動化中的多節(jié)點控制系統(tǒng)、樓宇自動化中的設(shè)備監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等。

3.3 其他應用

該系列器件還廣泛應用于工業(yè)自動化、控制、傳感器和驅(qū)動系統(tǒng)，樓宇、安全和溫度控制自動化，電信基站狀態(tài)和控制等領(lǐng)域，以及 CANopen、DeviceNet、NMEA2000、ARINC825、ISO11783、CANaerospace 等 CAN 總線標準的應用場景。

四、設(shè)計要點

4.1 總線負載與節(jié)點數(shù)量

在 CAN 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，需要考慮總線負載、節(jié)點數(shù)量和電纜長度等因素。ISO 11898 標準規(guī)定了數(shù)據(jù)速率、最大電纜長度和節(jié)點數(shù)量的限制，但通過合理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，可以突破這些限制。TCAN33x 系列器件具有高輸入阻抗和寬共模范圍，能夠適應較多節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)。在設(shè)計時，需要為信號損失、寄生負載、網(wǎng)絡(luò)不平衡、接地偏移和信號完整性等因素留出余量，以確保系統(tǒng)的可靠性。

4.2 總線終端

CAN 總線的終端非常重要，ISO 11898 標準規(guī)定使用 120Ω 特征阻抗的雙絞線電纜，并在電纜兩端使用 120Ω 的電阻進行終端匹配，以防止信號反射。也可以采用分裂終端的方式，將終端電阻分為兩個 60Ω 的電阻，并在中間通過電容接地，提供共模濾波功能。在設(shè)計時，需要注意終端電阻的功率額定值，以應對可能的短路情況。

4.3 電源與布局

• 電源：為了確保器件在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下可靠運行，每個電源應使用 100nF 的陶瓷電容進行去耦，并將電容盡可能靠近 (V_{CC}) 電源引腳放置。可以使用 TPS76333 等線性電壓調(diào)節(jié)器為 3.3V 電源供電。
• 布局：在 PCB 設(shè)計中，需要注意以下幾點：
  • 瞬態(tài)保護：在 CANH 和 CANL 引腳上使用瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）和電容進行額外的系統(tǒng)級保護，并將這些器件盡可能靠近連接器放置，以防止瞬態(tài)能量和噪聲進入電路板的其他網(wǎng)絡(luò)。
  • 總線終端：如果在電路板上放置終端電阻，需要確保終端節(jié)點不會從總線上移除，以免影響信號完整性。
  • 去耦電容：旁路和大容量電容應盡可能靠近收發(fā)器的電源引腳放置，以減少電源噪聲。
  • 接地和電源連接：使用至少兩個過孔連接 (V_{CC}) 和接地，以減少走線和過孔的電感。
  • 數(shù)字輸入和輸出：可以使用串聯(lián)電阻限制數(shù)字線路的電流，并使用電容過濾數(shù)字 I/O 線路上的噪聲。
  • 故障輸出引腳：對于 TCAN337 的故障輸出引腳，需要使用外部上拉電阻將引腳電壓拉高，以實現(xiàn)正常工作。
  • TXD 輸入引腳：如果使用開漏輸出的主機處理器驅(qū)動 TXD 引腳，需要使用 1kΩ 至 10kΩ 的外部上拉電阻，以確保器件的隱性輸入狀態(tài)。

五、總結(jié)

TCAN33x 3.3V CAN 收發(fā)器以其豐富的特性、廣泛的應用領(lǐng)域和良好的電氣性能，為 CAN 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計提供了優(yōu)秀的解決方案。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體的應用需求，合理選擇器件和工作模式，并注意總線負載、終端匹配、電源和布局等設(shè)計要點，以確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。希望本文對大家在使用 TCAN33x 收發(fā)器進行設(shè)計時有所幫助，你在實際應用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)留言分享。