具備CAN FD的TCAN33x 3.3V CAN收發(fā)器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子工程領(lǐng)域，CAN（Controller Area Network）總線因其高可靠性和實(shí)時(shí)性，在工業(yè)自動(dòng)化、汽車(chē)電子等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。而TI推出的具備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(lái)了新的活力。今天，我們就來(lái)深入探討一下這款收發(fā)器的特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、特性亮點(diǎn)

電源與速率

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)速率高達(dá)5Mbps，能滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?；而普通的TCAN330、TCAN332、TCAN334和TCAN337數(shù)據(jù)傳輸速率也能達(dá)到1Mbps。

標(biāo)準(zhǔn)兼容性

該系列器件符合ISO 11898 - 2標(biāo)準(zhǔn)，這意味著它可以與遵循該標(biāo)準(zhǔn)的其他CAN設(shè)備良好兼容，為系統(tǒng)集成提供了便利。

封裝選項(xiàng)

提供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封裝則體積小巧，適合空間受限的應(yīng)用場(chǎng)景。

工作模式多樣

• 正常模式：所有器件都支持正常模式，在此模式下，CAN驅(qū)動(dòng)和接收器完全正常工作，實(shí)現(xiàn)雙向CAN通信。
• 低功耗待機(jī)模式（TCAN334）：具有喚醒功能，在需要節(jié)能的應(yīng)用中非常實(shí)用。當(dāng)系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，功耗大幅降低，而當(dāng)接收到喚醒信號(hào)時(shí)，能迅速恢復(fù)正常工作。
• 靜音模式（TCAN330、TCAN337）：在該模式下，CAN驅(qū)動(dòng)被禁用，只有接收器工作，實(shí)現(xiàn)單向接收數(shù)據(jù)，可用于只需要監(jiān)聽(tīng)CAN總線數(shù)據(jù)的場(chǎng)景。
• 關(guān)斷模式（TCAN330、TCAN334）：這是最低功耗的模式，CAN驅(qū)動(dòng)和接收器都關(guān)閉，基本不消耗電能。

電氣性能優(yōu)越

• 寬共模工作電壓范圍：具有±12V的寬共模工作電壓范圍，能適應(yīng)復(fù)雜的電氣環(huán)境，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。
• 總線引腳故障保護(hù)：具備±14V的總線引腳故障保護(hù)，可有效防止因總線短路等故障對(duì)器件造成損壞。
• 低環(huán)路延遲：總環(huán)路延遲 < 135ns，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。
• 寬工作溫度范圍：工作環(huán)境溫度范圍為 - 40°C至125°C，適用于各種惡劣的工業(yè)和汽車(chē)環(huán)境。

保護(hù)特性豐富

• ESD保護(hù)：總線終端具有出色的ESD保護(hù)，HBM ESD保護(hù)超過(guò)±25kV，IEC61000 - 4 - 2 ESD接觸放電保護(hù)超過(guò)±12kV，有效防止靜電對(duì)器件的損害。
• 顯性超時(shí)保護(hù)：包括驅(qū)動(dòng)器顯性超時(shí)（TXD DTO）和接收器顯性超時(shí)（RXD DTO），可防止因硬件或軟件故障導(dǎo)致總線被長(zhǎng)時(shí)間占用，確保網(wǎng)絡(luò)通信的正常進(jìn)行。
• 欠壓保護(hù)：具備(V_{CC})欠壓保護(hù)，當(dāng)電源電壓低于閾值時(shí)，將器件置于保護(hù)模式，保護(hù)總線和器件安全。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)器件結(jié)溫超過(guò)熱關(guān)斷閾值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉CAN驅(qū)動(dòng)電路，防止器件因過(guò)熱損壞。
• 總線引腳限流：對(duì)CAN總線引腳進(jìn)行限流，防止短路時(shí)過(guò)大的電流對(duì)器件和總線造成損害。

二、應(yīng)用場(chǎng)景

高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

TCAN33xG器件的數(shù)據(jù)速率高達(dá)5Mbps，適用于具有靈活數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)的CAN中的高速運(yùn)行，如一些對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度要求較高的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線、汽車(chē)電子中的高速數(shù)據(jù)通信等。

高負(fù)載網(wǎng)絡(luò)

在高負(fù)載CAN網(wǎng)絡(luò)中，該系列器件也能穩(wěn)定工作，以1Mbps的速率可靠傳輸數(shù)據(jù)，保證網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

工業(yè)與樓宇自動(dòng)化

在工業(yè)自動(dòng)化、控制、傳感器和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以及樓宇、安全和溫度控制自動(dòng)化等領(lǐng)域，CAN總線廣泛應(yīng)用。TCAN33x系列憑借其優(yōu)越的性能和豐富的保護(hù)特性，為這些系統(tǒng)提供了可靠的通信解決方案。

電信基站

可用于電信基站的狀態(tài)和控制，實(shí)現(xiàn)基站設(shè)備之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸。

遵循多種CAN總線標(biāo)準(zhǔn)

支持CANopen、DeviceNet、NMEA2000、ARINC825、ISO11783、CANaerospace等多種CAN總線標(biāo)準(zhǔn)，具有廣泛的適用性。

三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

總線負(fù)載與布局

• 總線負(fù)載：ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)對(duì)CAN總線的負(fù)載、長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)數(shù)量有一定規(guī)定，但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可通過(guò)合理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。TCAN33x系列具有高輸入阻抗和寬共模范圍，能適應(yīng)較多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。不過(guò)，在設(shè)計(jì)時(shí)仍需考慮信號(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。
• 總線布局：總線應(yīng)采用雙絞線電纜，兩端使用120Ω的終端電阻進(jìn)行匹配，以防止信號(hào)反射。如果需要對(duì)總線的共模電壓進(jìn)行濾波和穩(wěn)定，可采用分裂終端（兩個(gè)60Ω電阻中間接電容到地）的方式。同時(shí)，連接節(jié)點(diǎn)的分支線（stub）應(yīng)盡量短，以減少信號(hào)反射。

電源設(shè)計(jì)

為確保器件在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下可靠運(yùn)行，每個(gè)電源引腳應(yīng)使用一個(gè)100nF的陶瓷電容進(jìn)行去耦，且電容應(yīng)盡量靠近(V_{CC})引腳。例如，TPS76333線性電壓調(diào)節(jié)器是適合3.3V電源的選擇。

布局注意事項(xiàng)

• ESD和瞬態(tài)保護(hù)：由于TCAN33x系列集成了IEC 61000 - 4 - 2 ESD保護(hù)，但如果系統(tǒng)需要更高的保護(hù)等級(jí)，可在CANH和CANL引腳上添加瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）和電容，這些保護(hù)器件應(yīng)盡量靠近連接器，以防止瞬態(tài)能量和噪聲進(jìn)入電路板的其他部分。
• 數(shù)字輸入輸出：為限制數(shù)字線路的電流，可使用串聯(lián)電阻；為過(guò)濾數(shù)字I/O線路上的噪聲，可在輸入側(cè)靠近引腳處添加電容。
• FAULT引腳（僅TCAN337）：由于FAULT輸出引腳是開(kāi)漏輸出，需要一個(gè)外部上拉電阻將引腳電壓拉高，以實(shí)現(xiàn)正常工作。
• TXD輸入引腳：如果使用開(kāi)漏輸出的主機(jī)處理器驅(qū)動(dòng)TXD引腳，需要使用一個(gè)1kΩ至10kΩ的外部上拉電阻，以確保器件能正常接收隱性輸入狀態(tài)。

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)景和合理的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為CAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)CAN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，充分了解和利用這款器件的優(yōu)勢(shì)，能夠提高系統(tǒng)的可靠性、性能和穩(wěn)定性。同時(shí)，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和環(huán)境條件，靈活調(diào)整設(shè)計(jì)方案，以達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。