TCAN33x 3.3-V CAN 收發器：CAN FD 應用的理想之選

在電子工程師的日常設計工作中，CAN（Controller Area Network）收發器是構建可靠通信網絡的關鍵組件。今天，我們就來詳細探討一下德州儀器（TI）的 TCAN33x 系列 3.3-V CAN 收發器，它支持 CAN FD（Flexible Data Rate），為我們帶來了許多出色的特性和功能。

文件下載：TCAN337DR.pdf

一、產品概述

TCAN33x 系列設備與 ISO 11898 高速 CAN 物理層標準兼容。其中，TCAN330、TCAN332、TCAN334 和 TCAN337 的數據速率最高可達 1 Mbps；而 TCAN330G、TCAN332G、TCAN334G 和 TCAN337G 則在等待 ISO 11898 - 2 包含 CAN FD 的更新版本發布，它們額外規定了定義環路延遲對稱性的時序參數，數據速率最高可達 5 Mbps。

二、特性亮點

2.1 電源與兼容性

• 單電源操作：采用 3.3-V 單電源供電，能直接與 3.3-V CAN 控制器/MCU 接口，并且還能與總線上的其他 5-V CAN 收發器完全兼容。
• 數據速率：普通型號數據速率最高可達 1 Mbps，而 TCAN33xG 系列設備的數據速率更是高達 5 Mbps，滿足不同應用場景對數據傳輸速度的需求。

2.2 封裝與模式

• 封裝選項：提供 SOIC - 8 和 SOT - 23 兩種封裝形式，方便我們根據實際的 PCB 空間和布局需求進行選擇。
• 多種工作模式：具備正常模式（所有設備）、低功耗待機模式（TCAN334）、靜默模式（TCAN330、TCAN337）和關機模式（TCAN330、TCAN334），可以根據系統的不同工作狀態靈活切換，有效降低功耗。

2.3 性能與保護

• 寬共模范圍：工作的共模范圍為 ±12 V，總線引腳故障保護為 ±14 V，能適應復雜的電氣環境，提高系統的穩定性。
• 低環路延遲：總環路延遲 < 135 ns，確保數據的快速準確傳輸。
• ESD 保護：集成 12 kV IEC - 61000 - 4 - 2 ESD 接觸放電保護，無需額外的組件就能增強系統級的魯棒性。
• 多種保護特性：包括驅動和接收器主導超時（DTO），為 CAN 網絡提供強大的保護，防止因局部故障導致總線鎖定。

三、詳細參數

3.1 絕對最大額定值

3.2 ESD 額定值

3.3 推薦工作條件

四、功能特性詳解

4.1 TXD 主導超時（TXD DTO）

在正常模式下，當 TXD 保持主導狀態的時間超過超時時間 tTXD_DTO 時，DTO 電路會禁用 CAN 總線驅動器，釋放總線，讓其他節點能夠繼續通信。當 TXD 恢復為隱性信號時，CAN 驅動器會重新激活。

4.2 RXD 主導超時（RXD DTO）

當總線保持主導狀態的時間超過超時時間 tRXD_DTO 時，RXD DTO 電路會使 RXD 引腳恢復為高電平（隱性）。當總線恢復為隱性信號時，RXD 輸出會重新鏡像總線接收器的輸出。

4.3 熱關斷

如果設備的結溫超過熱關斷閾值，設備會關閉 CAN 驅動器電路，阻止 TXD 到總線的傳輸路徑。當結溫下降到熱關斷溫度以下時，關斷條件會被清除。

4.4 欠壓鎖定和無電源設備

當 Vcc 電源電壓下降到 UVLO 閾值以下時，設備會進入保護模式，保護總線。無電源時，設備的總線和邏輯引腳呈高阻抗狀態，不會對工作總線或應用造成負載。

4.5 故障引腳（TCAN337）

當出現 TXD 主導超時、RXD 主導超時、熱關斷或欠壓鎖定等故障時，FAULT 引腳（開漏輸出）會關閉，外部上拉到 Vcc 電源時會變為高電平。

4.6 浮動引腳

設備在關鍵端子上有內部上拉和下拉電阻，確保引腳浮動時設備處于已知狀態。但在設計時，尤其是在嘈雜環境中，不能僅僅依賴內部偏置，還需要采取額外的措施。

4.7 CAN 總線短路電流限制

設備具備多種保護特性，限制 CAN 總線短路時的短路電流，包括 CAN 驅動器電流限制和 TXD 主導超時，防止系統故障導致總線長時間處于高短路電流的主導狀態。

4.8 ESD 保護

總線引腳具有片上 ESD 保護，可承受 ±25-kV 人體模型（HBM）和 ±12-kV IEC61000 - 4 - 2 接觸放電，有效保護設備免受靜電損害。

五、應用與設計要點

5.1 應用場景

• 工業自動化：在工業自動化系統中，需要可靠的通信網絡來實現設備之間的協同工作。TCAN33x 系列收發器的高數據速率、寬共模范圍和多種保護特性，能夠滿足工業環境對通信穩定性和可靠性的要求。
• 建筑與安全：在建筑的安全和氣候控制自動化系統中，需要對各種傳感器和執行器進行實時監控和控制。TCAN33x 系列收發器可以提供穩定的通信連接，確保系統的正常運行。
• 電信基站：電信基站的狀態監控和控制需要高速、可靠的通信。TCAN33x 系列收發器的數據速率和兼容性能夠滿足電信基站的應用需求。

5.2 總線設計

• 總線負載與節點數量：ISO 11898 標準規定了數據速率、總線長度和節點數量的限制，但通過精心的網絡設計，可以突破這些限制。TCAN33x 系列收發器具有高輸入阻抗和寬共模范圍，適合連接大量節點。在設計 CAN 網絡時，需要考慮信號損失、寄生負載、網絡不平衡等因素，合理確定節點數量和總線長度。
• CAN 終端：為了防止信號反射，需要使用與電纜特性阻抗相等的電阻對總線兩端進行終端匹配。同時，還可以采用分裂終端的方式，提高總線的電磁兼容性。

5.3 電源與布局

• 電源推薦：為了確保在所有數據速率和電源電壓下可靠運行，每個電源都應使用一個 100nF 陶瓷電容進行去耦，并且該電容應盡可能靠近 Vcc 電源引腳。
• 布局指南：在 PCB 設計中，需要注意瞬態保護、總線終端、去耦電容、接地和電源連接、數字輸入輸出等方面的布局。例如，瞬態保護器件應盡可能靠近連接器，以防止瞬態能量和噪聲進入電路板的其他網絡。

六、總結

TCAN33x 系列 3.3-V CAN 收發器憑借其豐富的特性、出色的性能和可靠的保護機制，為 CAN FD 應用提供了一個優秀的解決方案。無論是在工業自動化、建筑安全還是電信基站等領域，都能發揮重要作用。作為電子工程師，在進行 CAN 網絡設計時，不妨考慮一下這款產品，相信它會給你的設計帶來意想不到的效果。你在使用 CAN 收發器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。