具備CAN FD的TCAN33x 3.3V CAN收發器：特性、應用與設計要點

在電子工程領域，CAN（Controller Area Network）總線因其高可靠性和實時性，在工業自動化、汽車電子等眾多領域得到廣泛應用。而TI推出的具備CAN FD（靈活數據速率）的TCAN33x 3.3V CAN收發器，更是為CAN網絡帶來了新的活力。今天，我們就來深入探討一下這款收發器的特性、應用以及設計要點。

文件下載：tcan332.pdf

一、特性亮點

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，簡化了電路設計。其中，TCAN33xG器件的數據速率高達5Mbps，能滿足高速數據傳輸的需求；而普通的TCAN330、TCAN332、TCAN334和TCAN337數據傳輸速率也能達到1Mbps。

標準兼容性

該系列器件符合ISO 11898 - 2標準，這意味著它可以與遵循該標準的其他CAN設備良好兼容，為系統集成提供了便利。

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，適用于大多數常規應用；而SOT - 23封裝則體積小巧，適合空間受限的應用場景。

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驅動和接收器完全正常工作，實現雙向CAN通信。
• 低功耗待機模式（TCAN334）：具有喚醒功能，在需要節能的應用中非常實用。當系統處于待機狀態時，功耗大幅降低，而當接收到喚醒信號時，能迅速恢復正常工作。
• 靜音模式（TCAN330、TCAN337）：在該模式下，CAN驅動被禁用，只有接收器工作，實現單向接收數據，可用于只需要監聽CAN總線數據的場景。
• 關斷模式（TCAN330、TCAN334）：這是最低功耗的模式，CAN驅動和接收器都關閉，基本不消耗電能。

電氣性能優越

• 寬共模工作電壓范圍：具有±12V的寬共模工作電壓范圍，能適應復雜的電氣環境，增強了系統的抗干擾能力。
• 總線引腳故障保護：具備±14V的總線引腳故障保護，可有效防止因總線短路等故障對器件造成損壞。
• 低環路延遲：總環路延遲 < 135ns，保證了數據傳輸的實時性。
• 寬工作溫度范圍：工作環境溫度范圍為 - 40°C至125°C，適用于各種惡劣的工業和汽車環境。

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害。
• 顯性超時保護：包括驅動器顯性超時（TXD DTO）和接收器顯性超時（RXD DTO），可防止因硬件或軟件故障導致總線被長時間占用，確保網絡通信的正常進行。
• 欠壓保護：具備(V_{CC})欠壓保護，當電源電壓低于閾值時，將器件置于保護模式，保護總線和器件安全。
• 熱關斷保護：當器件結溫超過熱關斷閾值時，自動關閉CAN驅動電路，防止器件因過熱損壞。
• 總線引腳限流：對CAN總線引腳進行限流，防止短路時過大的電流對器件和總線造成損害。

二、應用場景

高速網絡應用

TCAN33xG器件的數據速率高達5Mbps，適用于具有靈活數據速率網絡的CAN中的高速運行，如一些對數據傳輸速度要求較高的工業自動化生產線、汽車電子中的高速數據通信等。

高負載網絡

在高負載CAN網絡中，該系列器件也能穩定工作，以1Mbps的速率可靠傳輸數據，保證網絡的正常運行。

工業與樓宇自動化

在工業自動化、控制、傳感器和驅動系統，以及樓宇、安全和溫度控制自動化等領域，CAN總線廣泛應用。TCAN33x系列憑借其優越的性能和豐富的保護特性，為這些系統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和控制，實現基站設備之間的通信和數據傳輸。

遵循多種CAN總線標準

支持CANopen、DeviceNet、NMEA2000、ARINC825、ISO11783、CANaerospace等多種CAN總線標準，具有廣泛的適用性。

三、設計要點

總線負載與布局

• 總線負載：ISO 11898標準對CAN總線的負載、長度和節點數量有一定規定，但在實際設計中，可通過合理的網絡設計進行調整。TCAN33x系列具有高輸入阻抗和寬共模范圍，能適應較多節點的網絡。不過，在設計時仍需考慮信號損失、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。
• 總線布局：總線應采用雙絞線電纜，兩端使用120Ω的終端電阻進行匹配，以防止信號反射。如果需要對總線的共模電壓進行濾波和穩定，可采用分裂終端（兩個60Ω電阻中間接電容到地）的方式。同時，連接節點的分支線（stub）應盡量短，以減少信號反射。

電源設計

為確保器件在所有數據速率和電源電壓下可靠運行，每個電源引腳應使用一個100nF的陶瓷電容進行去耦，且電容應盡量靠近(V_{CC})引腳。例如，TPS76333線性電壓調節器是適合3.3V電源的選擇。

布局注意事項

• ESD和瞬態保護：由于TCAN33x系列集成了IEC 61000 - 4 - 2 ESD保護，但如果系統需要更高的保護等級，可在CANH和CANL引腳上添加瞬態電壓抑制器（TVS）和電容，這些保護器件應盡量靠近連接器，以防止瞬態能量和噪聲進入電路板的其他部分。
• 數字輸入輸出：為限制數字線路的電流，可使用串聯電阻；為過濾數字I/O線路上的噪聲，可在輸入側靠近引腳處添加電容。
• FAULT引腳（僅TCAN337）：由于FAULT輸出引腳是開漏輸出，需要一個外部上拉電阻將引腳電壓拉高，以實現正常工作。
• TXD輸入引腳：如果使用開漏輸出的主機處理器驅動TXD引腳，需要使用一個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。

四、總結

TCAN33x 3.3V CAN收發器以其豐富的特性、廣泛的應用場景和合理的設計要點，為CAN網絡設計提供了一個優秀的解決方案。作為電子工程師，在設計CAN網絡時，充分了解和利用這款器件的優勢，能夠提高系統的可靠性、性能和穩定性。同時，在實際設計過程中，還需要根據具體的應用需求和環境條件，靈活調整設計方案，以達到最佳的設計效果。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。