TCAN33x系列3.3V CAN收發(fā)器：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點

在CAN（Controller Area Network）總線應(yīng)用中，選擇合適的收發(fā)器至關(guān)重要。今天我們來詳細(xì)探討一下德州儀器（TI）的TCAN33x系列3.3V CAN收發(fā)器，包括TCAN330、TCAN332、TCAN334、TCAN337 以及它們對應(yīng)的G版本，如TCAN330G、TCAN332G、TCAN334G和TCAN337G。

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一、產(chǎn)品特性

電氣特性

• 單電源3.3V供電：這一特性使得該系列收發(fā)器能夠直接與3.3V的CAN控制器或微控制器（MCU）接口，簡化了系統(tǒng)設(shè)計。同時，它們還能與總線上的其他5V CAN收發(fā)器完全兼容，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。
• 高速數(shù)據(jù)傳輸：TCAN33xG系列設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)5Mbps，而標(biāo)準(zhǔn)的TCAN33x設(shè)備則支持高達(dá)1Mbps的數(shù)據(jù)速率，能夠滿足不同應(yīng)用場景對數(shù)據(jù)傳輸速度的要求。
• 低延遲：總環(huán)路延遲小于135ns，確保了數(shù)據(jù)在總線上的快速傳輸，減少了通信延遲，提高了系統(tǒng)的實時性。

工作模式

• 正常模式：所有設(shè)備都支持正常模式，在此模式下，CAN驅(qū)動器和接收器完全運(yùn)行，實現(xiàn)雙向的CAN通信。
• 低功耗模式
  • 低功耗待機(jī)模式（TCAN334）：該模式下，CAN驅(qū)動器關(guān)閉，主接收器關(guān)閉，但低功耗接收器和總線監(jiān)視器開啟，允許通過CAN總線進(jìn)行RXD喚醒請求。當(dāng)檢測到特定的喚醒模式時，設(shè)備可以從待機(jī)模式恢復(fù)到正常模式，適用于對功耗要求較高的應(yīng)用。
  • 靜默模式（TCAN330、TCAN337）：在該模式下，CAN驅(qū)動器禁用，只有接收器工作，實現(xiàn)單向的CAN通信，即只能從CAN總線接收數(shù)據(jù)，適合只需要接收數(shù)據(jù)而不需要發(fā)送數(shù)據(jù)的場景。
  • 關(guān)機(jī)模式（TCAN330、TCAN334）：這是最低功耗模式，CAN驅(qū)動器和接收器都關(guān)閉，無法進(jìn)行雙向CAN通信，并且在此模式下無法通過CAN總線接收遠(yuǎn)程喚醒請求。

保護(hù)特性

• ESD保護(hù)：總線引腳具有出色的ESD保護(hù)能力，能夠承受±25kV的人體模型（HBM）靜電放電和±12kV的IEC61000 - 4 - 2接觸放電，有效防止靜電對設(shè)備造成損壞。
• 超時保護(hù)：具備TXD主導(dǎo)超時（TXD DTO）和RXD主導(dǎo)超時（RXD DTO）功能。當(dāng)TXD或總線被長時間主導(dǎo)時，相應(yīng)的電路會自動禁用驅(qū)動器或接收器輸出，釋放總線，防止局部故障導(dǎo)致總線被鎖定，保護(hù)了整個CAN網(wǎng)絡(luò)的正常通信。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)設(shè)備的結(jié)溫超過熱關(guān)斷閾值時，設(shè)備會自動關(guān)閉CAN驅(qū)動器電路，阻止TXD到總線的傳輸路徑。當(dāng)結(jié)溫下降到閾值以下時，設(shè)備會恢復(fù)正常工作，避免設(shè)備因過熱而損壞。
• 欠壓鎖定：當(dāng)(V_{CC})電源電壓下降到欠壓鎖定（UVLO）閾值以下時，設(shè)備會進(jìn)入保護(hù)模式，將總線置于高阻抗偏置接地狀態(tài)，RXD終端置于三態(tài)（高阻抗）狀態(tài)，保護(hù)總線不受欠壓事件的影響。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

工業(yè)自動化

在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，如工業(yè)控制、傳感器和驅(qū)動系統(tǒng)等，需要可靠的通信來實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制。TCAN33x系列收發(fā)器的高速數(shù)據(jù)傳輸能力、寬共模范圍和多種保護(hù)特性，使其能夠在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定工作，確保系統(tǒng)的可靠性和實時性。

樓宇自動化

在樓宇的安全和氣候控制自動化系統(tǒng)中，需要連接多個設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。TCAN33x系列收發(fā)器可以滿足不同設(shè)備之間的通信需求，同時其低功耗模式有助于降低系統(tǒng)的整體功耗，延長設(shè)備的使用壽命。

電信基站

電信基站的狀態(tài)監(jiān)測和控制需要高效、穩(wěn)定的通信。該系列收發(fā)器的高速數(shù)據(jù)傳輸和良好的EMC性能，能夠滿足電信基站對通信質(zhì)量和可靠性的要求，確保基站的正常運(yùn)行。

符合多種CAN總線標(biāo)準(zhǔn)

TCAN33x系列收發(fā)器支持多種CAN總線標(biāo)準(zhǔn)，如CANopen、DeviceNet、NMEA2000、ARINC825、ISO11783和CANaerospace等，適用于不同行業(yè)和應(yīng)用場景的CAN網(wǎng)絡(luò)。

三、設(shè)計要點

總線負(fù)載、長度和節(jié)點數(shù)量

在設(shè)計CAN網(wǎng)絡(luò)時，需要考慮總線負(fù)載、長度和節(jié)點數(shù)量等因素。ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了數(shù)據(jù)速率、最大CAN總線電纜長度和最大節(jié)點數(shù)量等參數(shù)，但通過精心的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，可以在一定程度上突破這些限制。TCAN33x系列收發(fā)器具有高輸入阻抗和寬共模范圍，能夠適應(yīng)較高的節(jié)點數(shù)量和較長的總線長度。不過，為了保證信號的完整性，實際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況進(jìn)行合理的設(shè)計和調(diào)整。

CAN終端匹配

CAN總線的終端匹配非常重要，ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用120Ω的電阻來終止電纜的兩端，以防止信號反射。如果需要對總線的共模電壓進(jìn)行濾波和穩(wěn)定，可以采用分裂終端匹配的方法，使用兩個60Ω的電阻和一個電容來實現(xiàn)。在選擇終端電阻時，需要注意其功率額定值，以確保在最壞情況下能夠正常工作。

電源供應(yīng)

為了確保設(shè)備在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下都能可靠運(yùn)行，每個電源都應(yīng)使用一個100nF的陶瓷電容進(jìn)行去耦，并且該電容應(yīng)盡可能靠近(V_{CC})電源引腳。推薦使用TPS76333線性穩(wěn)壓器為3.3V電源供電。

PCB布局

• 保護(hù)和濾波電路：由于ESD和EFT瞬態(tài)具有較寬的頻率帶寬，在PCB設(shè)計時需要應(yīng)用高頻布局技術(shù)。在CANH和CANL引腳上添加瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）和電容等保護(hù)元件，并將它們盡可能靠近連接器，以防止瞬態(tài)能量和噪聲進(jìn)入電路板的其他網(wǎng)絡(luò)。
• 去耦電容：旁路和大容量電容應(yīng)盡可能靠近收發(fā)器的電源引腳，以減少電源噪聲對設(shè)備的影響。
• 接地和電源連接：使用至少兩個過孔連接(V_{CC})和接地，以最小化走線和過孔的電感。
• 數(shù)字輸入和輸出：為了限制數(shù)字線路的電流，可以使用串聯(lián)電阻；為了過濾數(shù)字I/O線路上的噪聲，可以在I/O輸入側(cè)附近使用電容。

四、總結(jié)

TCAN33x系列3.3V CAN收發(fā)器具有豐富的特性、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和明確的設(shè)計要點。對于電子工程師來說，在設(shè)計CAN總線系統(tǒng)時，充分了解和利用這些特性，可以提高系統(tǒng)的性能、可靠性和穩(wěn)定性。同時，在實際應(yīng)用中，還需要根據(jù)具體的需求和場景進(jìn)行合理的選擇和優(yōu)化，以確保系統(tǒng)能夠達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。大家在使用TCAN33x系列收發(fā)器的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗?zāi)?？歡迎在評論區(qū)分享交流。