探秘TCAN33x：高性能CAN收發(fā)器的卓越之選

在當(dāng)今的工業(yè)自動化、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)時性和抗干擾能力，成為了數(shù)據(jù)通信的重要手段。而TCAN33x系列CAN收發(fā)器作為其中的佼佼者，以其出色的性能和豐富的特性，為工程師們提供了強(qiáng)大的解決方案。今天，我們就來深入了解一下TCAN33x系列CAN收發(fā)器。

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一、產(chǎn)品概述

TCAN33x系列包括TCAN330、TCAN332、TCAN334、TCAN337以及它們的G版本（TCAN330G、TCAN332G、TCAN334G、TCAN337G）。這些器件兼容ISO 11898高速CAN物理層標(biāo)準(zhǔn)，其中TCAN330、TCAN332、TCAN334和TCAN337的數(shù)據(jù)速率可達(dá)1 Mbps，而TCAN330G、TCAN332G、TCAN334G和TCAN337G則支持高達(dá)5 Mbps的數(shù)據(jù)速率，滿足了不同應(yīng)用場景對數(shù)據(jù)傳輸速度的需求。

二、關(guān)鍵特性剖析

（一）電源與兼容性

• 單電源供電：采用3.3 - V單電源供電，這使得它能夠直接與3.3 - V的CAN控制器/MCU接口，同時還能與總線上的其他5 - V CAN收發(fā)器完全兼容，大大提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。
• 寬工作溫度范圍：具備 - 40°C至125°C的寬環(huán)境工作溫度范圍，能夠適應(yīng)各種惡劣的工業(yè)和汽車環(huán)境，確保設(shè)備在不同溫度條件下穩(wěn)定運(yùn)行。

（二）多種工作模式

• 正常模式：所有器件都具備的基本工作模式，在該模式下，CAN驅(qū)動器和接收器完全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)CAN通信的雙向傳輸，數(shù)據(jù)能夠在TXD和CAN總線之間以及CAN總線和RXD之間自由流動。
• 靜音模式：適用于TCAN330和TCAN337，此模式下CAN驅(qū)動器禁用，接收器正常工作，實(shí)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)的應(yīng)用場景。
• 帶喚醒功能的待機(jī)模式：針對TCAN334設(shè)計(jì)的低功耗模式，CAN驅(qū)動器和主接收器關(guān)閉，雙向CAN通信無法進(jìn)行，但低功耗接收器和總線監(jiān)視器開啟，可通過CAN總線實(shí)現(xiàn)RXD喚醒請求。當(dāng)檢測到喚醒請求時，設(shè)備可以從低功耗狀態(tài)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，有效節(jié)省能源。
• 關(guān)機(jī)模式：TCAN330和TCAN334具備的最低功耗模式，CAN驅(qū)動器和接收器均關(guān)閉，無法進(jìn)行雙向CAN通信，且不能通過CAN總線接收遠(yuǎn)程喚醒請求，可在設(shè)備不需要工作時將其置于此模式以降低功耗。

（三）強(qiáng)大的保護(hù)功能

• TXD主導(dǎo)超時（TXD DTO）：在正常模式下，當(dāng)TXD因硬件或軟件故障長時間保持主導(dǎo)狀態(tài)時，TXD DTO電路會在超時時間tTXD_DTO后禁用CAN總線驅(qū)動器，釋放總線供網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)通信。當(dāng)TXD引腳出現(xiàn)隱性信號時，CAN驅(qū)動器重新激活，避免了因局部故障導(dǎo)致總線被鎖定主導(dǎo)狀態(tài)，確保了網(wǎng)絡(luò)的正常通信。
• RXD主導(dǎo)超時（RXD DTO）：所有器件都配備的功能，當(dāng)總線長時間保持主導(dǎo)狀態(tài)超過超時時間tRXD_DTO時，RXD DTO電路會使RXD引腳恢復(fù)為隱性狀態(tài)（高電平），防止總線故障導(dǎo)致RXD引腳永久保持低電平。當(dāng)總線恢復(fù)隱性狀態(tài)時，RXD輸出重新鏡像總線接收器輸出，保護(hù)了協(xié)議控制器免受永久主導(dǎo)狀態(tài)的影響。
• 熱關(guān)斷：當(dāng)器件的結(jié)溫超過熱關(guān)斷閾值時，器件會關(guān)閉CAN驅(qū)動器電路，阻止TXD到總線的傳輸路徑。當(dāng)結(jié)溫下降到熱關(guān)斷溫度以下時，關(guān)斷條件解除。但如果故障條件仍然存在，器件可能會再次進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)，因此長時間處于熱關(guān)斷狀態(tài)可能會影響器件的可靠性。熱關(guān)斷電路還具有滯后功能，可避免驅(qū)動器輸出振蕩。
• 欠壓鎖定和無電源保護(hù)：VCC電源端子具有欠壓檢測功能，當(dāng)電源電壓低于UVLO閾值時，器件進(jìn)入保護(hù)模式，將總線置于高阻抗偏置接地狀態(tài)，RXD端子置于三態(tài)（高阻抗）狀態(tài)，防止在欠壓事件中對總線造成影響。此外，當(dāng)器件未供電時，總線端子（CANH、CANL）和邏輯引腳的泄漏電流很低，不會對總線和其他電路造成負(fù)載，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
• ESD保護(hù)：總線引腳具備片上ESD保護(hù)，可承受±25 - kV人體模型（HBM）和±12 - kV IEC61000 - 4 - 2接觸放電，有效保護(hù)器件免受靜電損壞，提高了器件的可靠性和抗干擾能力。

三、應(yīng)用領(lǐng)域與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）應(yīng)用領(lǐng)域

• 工業(yè)自動化：在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，如傳感器、驅(qū)動器和控制系統(tǒng)，需要大量的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。TCAN33x系列具有高輸入阻抗和寬共模范圍，能夠滿足高節(jié)點(diǎn)數(shù)量的需求，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
• 建筑、安全和氣候控制自動化：在建筑自動化系統(tǒng)中，需要對各種設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和控制，CAN總線的實(shí)時性和可靠性能夠滿足這些需求。TCAN33x系列可以用于連接各種傳感器和執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)對建筑環(huán)境的智能控制。
• 電信基站狀態(tài)和控制：在電信基站中，需要對各種設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和控制，CAN總線可以用于連接基站內(nèi)的各種設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸和設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

（二）設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• 總線負(fù)載、長度和節(jié)點(diǎn)數(shù)量：ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了CAN總線的一些基本參數(shù)，但在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過合理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)來擴(kuò)展總線長度和增加節(jié)點(diǎn)數(shù)量。TCAN33x系列在50 - Ω負(fù)載下能夠滿足1.5 - V的差分輸出要求，并且在 - 12 V至12 V的共模范圍內(nèi)通過330 - Ω耦合網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信號傳輸，代表了120個TCAN33x收發(fā)器的總線負(fù)載。在設(shè)計(jì)CAN網(wǎng)絡(luò)時，需要考慮信號損失、寄生負(fù)載、網(wǎng)絡(luò)不平衡、接地偏移和信號完整性等因素，合理確定節(jié)點(diǎn)數(shù)量和總線長度。
• 總線終端：為了防止信號反射，ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用120 - Ω電阻在電纜兩端進(jìn)行終端匹配。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，即將終端電阻分為兩個60 - Ω電阻，并在中間通過電容接地。在設(shè)計(jì)時，需要注意終端節(jié)點(diǎn)的放置，避免因節(jié)點(diǎn)移除導(dǎo)致終端電阻丟失，影響信號完整性。
• 電源去耦：為了確保在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下可靠運(yùn)行，每個電源都應(yīng)使用100nF陶瓷電容進(jìn)行去耦，并將其盡可能靠近VCC電源引腳放置。TPS76333是適合3.3 V電源的線性穩(wěn)壓器。
• 布局設(shè)計(jì)：在PCB設(shè)計(jì)中，需要注意以下幾點(diǎn)：
  • 瞬態(tài)保護(hù)：在CANH和CANL上使用瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）和電容器進(jìn)行額外的系統(tǒng)級保護(hù)，并將這些器件盡可能靠近連接器放置，防止瞬態(tài)能量和噪聲進(jìn)入電路板的其他網(wǎng)絡(luò)。
  • 總線終端：合理設(shè)計(jì)CANH和CANL的終端電阻，采用分裂終端可以提供共模濾波功能。
  • 去耦電容：將旁路和大容量電容盡可能靠近收發(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VCC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，并使用電容器過濾數(shù)字I/O線路上的噪聲。
  • 故障輸出引腳：對于TCAN337的FAULT輸出引腳，需要使用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：如果使用開漏主機(jī)處理器驅(qū)動TXD引腳，需要使用1 kΩ至10 kΩ的外部上拉電阻，以確保TXD輸出的微處理器能夠?yàn)镃AN收發(fā)器提供足夠的位定時輸入。

四、總結(jié)與展望

TCAN33x系列CAN收發(fā)器以其豐富的特性和出色的性能，為工程師們在CAN總線設(shè)計(jì)中提供了可靠的選擇。無論是在工業(yè)自動化、建筑自動化還是電信基站等領(lǐng)域，都能夠滿足不同應(yīng)用場景的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇工作模式，充分利用其保護(hù)功能，并注意總線負(fù)載、終端匹配、電源去耦和布局設(shè)計(jì)等要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。隨著科技的不斷發(fā)展，CAN總線技術(shù)也將不斷演進(jìn)，相信TCAN33x系列收發(fā)器將在未來的應(yīng)用中發(fā)揮更加重要的作用。

各位工程師們，你們在使用CAN收發(fā)器的過程中遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你們的經(jīng)驗(yàn)和見解。