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

在當今的電子系統(tǒng)中，CAN（Controller Area Network）總線憑借其高可靠性、實時性和抗干擾能力，廣泛應用于汽車、工業(yè)自動化、樓宇控制等眾多領(lǐng)域。而具備 CAN FD（靈活數(shù)據(jù)速率）的 TCAN33x 3.3V CAN 收發(fā)器，以其出色的性能和豐富的功能，成為了工程師們在 CAN 網(wǎng)絡設(shè)計中的理想選擇。本文將深入介紹 TCAN33x 收發(fā)器的特性、應用場景以及設(shè)計過程中的關(guān)鍵要點。

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一、特性亮點

1. 電源與速率

TCAN33x 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，簡化了電路設(shè)計。其中，TCAN33xG 器件的數(shù)據(jù)速率高達 5Mbps，能夠滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，而其他器件的?shù)據(jù)傳輸速率也能達到 1Mbps，為不同應用場景提供了靈活的選擇。

2. 標準兼容性

該系列器件符合 ISO 11898 - 2 標準，這保證了它在 CAN 網(wǎng)絡中的通用性和互操作性。無論是與其他符合該標準的 CAN 收發(fā)器配合使用，還是應用于遵循該標準的 CAN 網(wǎng)絡中，都能實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的通信。

3. 封裝選項

提供 SOIC - 8 和 SOT - 23 兩種封裝選項。SOIC - 8 封裝便于插接，適用于大多數(shù)常規(guī)應用；而 SOT - 23 封裝則面向空間受限類應用，為小型化設(shè)計提供了可能。

4. 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)動和接收器完全工作，實現(xiàn)雙向的 CAN 通信。
• 低功耗待機模式（TCAN334）：具有喚醒功能，可在低功耗狀態(tài)下監(jiān)測總線活動，當檢測到特定喚醒信號時，迅速恢復到正常工作模式，適合對功耗有嚴格要求的應用。
• 靜音模式（TCAN330、TCAN337）：此時 CAN 驅(qū)動被禁用，接收器正常工作，只能接收 CAN 總線上的數(shù)據(jù)，可用于只需要監(jiān)聽總線信息的場景。
• 關(guān)斷模式（TCAN330、TCAN334）：這是最低功耗的模式，CAN 驅(qū)動和接收器都關(guān)閉，可有效降低系統(tǒng)功耗。

5. 電氣性能優(yōu)越

• 寬共模工作電壓范圍：±12V 的寬共模工作電壓范圍，使得器件在復雜的電磁環(huán)境中能夠穩(wěn)定工作，增強了系統(tǒng)的抗干擾能力。
• 總線引腳故障保護：具備 ±14V 的總線引腳故障保護，可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。
• 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)和汽車環(huán)境。

6. 保護特性豐富

• ESD 保護：總線終端具有出色的 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壞。
• 顯性超時保護：驅(qū)動器和接收器都具備顯性超時（DTO）特性，可防止因局部故障導致總線被鎖定在顯性狀態(tài)，確保 CAN 網(wǎng)絡的穩(wěn)定性。
• 欠壓保護：(V_{CC}) 欠壓保護功能可在電源電壓過低時，將器件置于保護模式，避免對總線造成影響。
• 熱關(guān)斷保護：當器件的結(jié)溫超過熱關(guān)斷閾值時，自動關(guān)閉 CAN 驅(qū)動電路，防止器件因過熱而損壞。
• 總線引腳限流：可限制總線引腳的短路電流，保護器件和總線免受短路故障的影響。

二、應用場景

1. 高速 CAN 網(wǎng)絡

TCAN33xG 器件的數(shù)據(jù)速率高達 5Mbps，適用于具有靈活數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡的 CAN 中的高速運行，如汽車電子中的高速數(shù)據(jù)傳輸、工業(yè)自動化中的實時控制等場景。

2. 高負載 CAN 網(wǎng)絡

在高負載 CAN 網(wǎng)絡中，該系列器件能夠以 1Mbps 的速率穩(wěn)定運行，為大量節(jié)點的通信提供可靠保障。

3. 工業(yè)自動化領(lǐng)域

廣泛應用于工業(yè)自動化、控制、傳感器和驅(qū)動系統(tǒng)中，實現(xiàn)設(shè)備之間的可靠通信和數(shù)據(jù)傳輸。

4. 樓宇自動化

可用于樓宇、安全和溫度控制自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)對各種設(shè)備的監(jiān)控和控制。

5. 電信基站

在電信基站狀態(tài)和控制中，TCAN33x 收發(fā)器可用于實現(xiàn)基站設(shè)備之間的通信和數(shù)據(jù)交互。

6. 遵循 CAN 總線標準的應用

支持 CANopen、DeviceNet、NMEA2000、ARINC825、ISO11783、CANaerospace 等多種 CAN 總線標準，滿足不同行業(yè)的應用需求。

三、設(shè)計要點

1. 總線負載與布局

• 總線負載：ISO 11898 標準對 CAN 總線的負載有一定要求，在設(shè)計時需要考慮信號損失、寄生負載、網(wǎng)絡不平衡等因素，合理確定節(jié)點數(shù)量和總線長度。TCAN33x 器件具有較高的輸入阻抗和寬共模范圍，能夠適應一定數(shù)量的節(jié)點，但實際應用中仍需根據(jù)具體情況進行評估。
• 布局：為了確保系統(tǒng)的性能和可靠性，需要遵循一定的布局原則。例如，將瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）和電容器等保護器件盡可能靠近連接器放置，以防止瞬態(tài)能量和噪聲進入其他網(wǎng)絡；將去耦電容盡可能靠近收發(fā)器的電源引腳，以減少電源噪聲；使用至少兩個過孔連接 (V_{CC}) 和地，以降低走線和過孔的電感。

2. 總線終端

ISO 11898 標準規(guī)定 CAN 總線應使用 120Ω 的終端電阻進行匹配，以防止信號反射。在實際應用中，可以采用標準終端或分裂終端的方式。分裂終端使用兩個 60Ω 電阻和一個電容，可提供共模濾波功能，改善網(wǎng)絡的電磁發(fā)射性能。同時，需要注意終端電阻的功率額定值，以確保在最壞情況下（如電源短路到終端電阻）不會損壞器件。

3. 電源設(shè)計

為了保證器件在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下可靠運行，每個電源都應使用 100nF 陶瓷電容進行去耦，并將其盡可能靠近 (V_{CC}) 電源引腳?？梢赃x擇合適的線性電壓調(diào)節(jié)器，如 TPS76333，為器件提供穩(wěn)定的 3.3V 電源。

4. 引腳連接與配置

不同型號的 TCAN33x 器件在引腳功能上可能有所差異，在設(shè)計時需要根據(jù)具體型號正確連接引腳。例如，TCAN337 具有故障輸出引腳（FAULT），可用于指示各種故障狀態(tài)；而 TXD 引腳在使用開漏輸出的主機處理器驅(qū)動時，需要使用外部上拉電阻來確保正確的位時序輸入。

5. ESD 與 EMI 防護

雖然 TCAN33x 器件本身具有一定的 ESD 保護能力，但在系統(tǒng)設(shè)計中，仍可根據(jù)需要添加額外的 ESD、EFT 或浪涌保護和濾波電路。例如，在 CANH 和 CANL 引腳上使用瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）和電容器進行保護，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

四、總結(jié)

具備 CAN FD 的 TCAN33x 3.3V CAN 收發(fā)器以其豐富的特性、廣泛的應用場景和良好的兼容性，為工程師們在 CAN 網(wǎng)絡設(shè)計中提供了強大的支持。在設(shè)計過程中，需要充分考慮總線負載、布局、終端、電源等因素，合理配置引腳，采取必要的防護措施，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。希望本文能夠幫助工程師們更好地了解和應用 TCAN33x 收發(fā)器，設(shè)計出更加優(yōu)秀的 CAN 網(wǎng)絡系統(tǒng)。你在使用 TCAN33x 收發(fā)器的過程中遇到過哪些問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。