具備 CAN FD 的 TCAN33x 3.3V CAN 收發(fā)器：設(shè)計(jì)與應(yīng)用解析

在工業(yè)自動(dòng)化、汽車電子等眾多領(lǐng)域，CAN（Controller Area Network）總線憑借其高可靠性、實(shí)時(shí)性和抗干擾能力，成為了設(shè)備間通信的重要選擇。而 CAN 收發(fā)器作為連接 CAN 控制器與 CAN 總線的關(guān)鍵部件，其性能直接影響著整個(gè) CAN 網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。今天，我們就來深入探討一下具備 CAN FD（靈活數(shù)據(jù)速率）的 TCAN33x 3.3V CAN 收發(fā)器。

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一、特性亮點(diǎn)

1. 電源與速率優(yōu)勢(shì)

TCAN33x 系列采用 3.3V 單電源工作，這使得它可以直接連接 3.3V CAN 控制器/MCU，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。其中，TCAN33xG 器件的數(shù)據(jù)速率更是高達(dá) 5Mbps，能夠滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。這種高數(shù)據(jù)速率在一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中，如工業(yè)自動(dòng)化中的高速傳感器數(shù)據(jù)傳輸，具有顯著優(yōu)勢(shì)。

2. 標(biāo)準(zhǔn)兼容性與封裝選擇

該系列器件符合 ISO 11898 - 2 標(biāo)準(zhǔn)，保證了與其他符合該標(biāo)準(zhǔn)的 CAN 設(shè)備的兼容性。同時(shí)，它提供了 SOIC - 8 和 SOT - 23 兩種封裝選項(xiàng)。SOIC - 8 封裝便于插接，適用于大多數(shù)常規(guī)應(yīng)用；而 SOT - 23 封裝則面向空間受限類應(yīng)用，為設(shè)計(jì)人員提供了更多的靈活性。

3. 多種工作模式

TCAN33x 具有多種工作模式，以滿足不同的應(yīng)用需求。所有器件都支持正常模式，在該模式下，CAN 通信可以雙向進(jìn)行。此外，TCAN334 具備具有喚醒功能的低功耗待機(jī)模式，在系統(tǒng)不需要頻繁通信時(shí)，可以降低功耗，延長(zhǎng)設(shè)備的續(xù)航時(shí)間；TCAN330 和 TCAN337 支持靜音模式，在該模式下，CAN 驅(qū)動(dòng)被禁用，只能接收數(shù)據(jù)，適用于只需要監(jiān)聽總線信息的場(chǎng)景；TCAN330 和 TCAN334 還支持關(guān)斷模式，這是最低功耗的模式，此時(shí) CAN 驅(qū)動(dòng)和接收器都被關(guān)閉。

4. 寬工作范圍與保護(hù)特性

該系列器件具有 ±12V 的寬共模工作電壓范圍和 ±14V 的總線引腳故障保護(hù)，能夠適應(yīng)復(fù)雜的電氣環(huán)境，提高了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，它還具備多種保護(hù)特性，如總線終端的 ESD 保護(hù)（HBM ESD 保護(hù)超過 ±25kV，IEC61000 - 4 - 2 ESD 接觸放電保護(hù)超過 ±12kV）、驅(qū)動(dòng)器顯性超時(shí)（TXD DTO）、接收器顯性超時(shí)（RXD DTO）、(V_{CC}) 欠壓保護(hù)、熱關(guān)斷保護(hù)和總線引腳限流等，這些保護(hù)特性可以有效防止器件因各種故障而損壞，保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

二、應(yīng)用場(chǎng)景

1. 高速網(wǎng)絡(luò)通信

TCAN33xG 器件在具有靈活數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)的 CAN 中能夠?qū)崿F(xiàn) 5Mbps 的運(yùn)行，適用于對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求較高的場(chǎng)景，如汽車電子中的高速數(shù)據(jù)通信、工業(yè)自動(dòng)化中的高速生產(chǎn)線監(jiān)控等。

2. 高負(fù)載網(wǎng)絡(luò)

在高負(fù)載 CAN 網(wǎng)絡(luò)中，TCAN33x 可以實(shí)現(xiàn) 1Mbps 的運(yùn)行，能夠穩(wěn)定地處理大量的數(shù)據(jù)傳輸，適用于工業(yè)自動(dòng)化、控制、傳感器和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等領(lǐng)域。

3. 多行業(yè)自動(dòng)化

該系列器件還廣泛應(yīng)用于樓宇、安全和溫度控制自動(dòng)化、電信基站狀態(tài)和控制等領(lǐng)域。同時(shí)，它支持 CANopen、DeviceNet、NMEA2000、ARINC825、ISO11783、CANaerospace 等多種 CAN 總線標(biāo)準(zhǔn)，具有很強(qiáng)的通用性。

三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 總線負(fù)載與節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

在 CAN 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，需要考慮總線負(fù)載、長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)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(zhǎng)度、最大支線長(zhǎng)度和最大節(jié)點(diǎn)數(shù)量等參數(shù)，但通過精心的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，可以突破這些限制。TCAN33x 具有高輸入阻抗和寬共模范圍，適合用于節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多的網(wǎng)絡(luò)。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要為信號(hào)損失、寄生負(fù)載、網(wǎng)絡(luò)不平衡、接地偏移和信號(hào)完整性等因素留出余量，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2. 電源與布局

為了確保器件在所有數(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 的陶瓷電容進(jìn)行去耦，并將其盡可能靠近 (V_{CC}) 電源引腳。在 PCB 布局方面，由于 TCAN33x 系列器件集成了 IEC 61000 - 4 - 2 ESD 保護(hù)，但如果系統(tǒng)需要額外的 ESD、EFT 或浪涌保護(hù)，則需要添加額外的外部保護(hù)和濾波電路。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循高頻率布局技術(shù)，將瞬態(tài)保護(hù)器件盡可能靠近連接器，以防止瞬態(tài)能量和噪聲進(jìn)入電路板的其他網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，要注意總線終端、去耦電容、接地和電源連接、數(shù)字輸入輸出等方面的布局，以減少干擾和提高系統(tǒng)性能。

3. 故障處理與監(jiān)測(cè)

TCAN33x 系列器件的 TXD DTO 和 RXD DTO 特性可以有效防止因硬件或軟件故障導(dǎo)致的總線阻塞。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要合理設(shè)置這些超時(shí)時(shí)間，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。此外，TCAN337 具有故障輸出引腳，可以及時(shí)反饋系統(tǒng)的故障信息，方便進(jìn)行故障排查和處理。

四、總結(jié)

TCAN33x 3.3V CAN 收發(fā)器以其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和良好的兼容性，為 CAN 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要充分考慮其特性和應(yīng)用要求，合理進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和布局，以確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，我們也要關(guān)注器件的故障處理和監(jiān)測(cè)功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問題。希望通過本文的介紹，能為廣大電子工程師在 CAN 收發(fā)器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面提供一些有益的參考。你在使用 TCAN33x 系列器件時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。