TCAN33x系列3.3V CAN收發器：特性、應用與設計要點

在CAN（Controller Area Network）總線應用中，選擇合適的收發器至關重要。今天我們來詳細探討一下德州儀器（TI）的TCAN33x系列3.3V CAN收發器，包括TCAN330、TCAN332、TCAN334、TCAN337 以及它們對應的G版本，如TCAN330G、TCAN332G、TCAN334G和TCAN337G。

文件下載：tcan332g.pdf

一、產品特性

電氣特性

• 單電源3.3V供電：這一特性使得該系列收發器能夠直接與3.3V的CAN控制器或微控制器（MCU）接口，簡化了系統設計。同時，它們還能與總線上的其他5V CAN收發器完全兼容，增強了系統的靈活性。
• 高速數據傳輸：TCAN33xG系列設備的數據傳輸速率最高可達5Mbps，而標準的TCAN33x設備則支持高達1Mbps的數據速率，能夠滿足不同應用場景對數據傳輸速度的要求。
• 低延遲：總環路延遲小于135ns，確保了數據在總線上的快速傳輸，減少了通信延遲，提高了系統的實時性。

工作模式

• 正常模式：所有設備都支持正常模式，在此模式下，CAN驅動器和接收器完全運行，實現雙向的CAN通信。
• 低功耗模式
  • 低功耗待機模式（TCAN334）：該模式下，CAN驅動器關閉，主接收器關閉，但低功耗接收器和總線監視器開啟，允許通過CAN總線進行RXD喚醒請求。當檢測到特定的喚醒模式時，設備可以從待機模式恢復到正常模式，適用于對功耗要求較高的應用。
  • 靜默模式（TCAN330、TCAN337）：在該模式下，CAN驅動器禁用，只有接收器工作，實現單向的CAN通信，即只能從CAN總線接收數據，適合只需要接收數據而不需要發送數據的場景。
  • 關機模式（TCAN330、TCAN334）：這是最低功耗模式，CAN驅動器和接收器都關閉，無法進行雙向CAN通信，并且在此模式下無法通過CAN總線接收遠程喚醒請求。

保護特性

• ESD保護：總線引腳具有出色的ESD保護能力，能夠承受±25kV的人體模型（HBM）靜電放電和±12kV的IEC61000 - 4 - 2接觸放電，有效防止靜電對設備造成損壞。
• 超時保護：具備TXD主導超時（TXD DTO）和RXD主導超時（RXD DTO）功能。當TXD或總線被長時間主導時，相應的電路會自動禁用驅動器或接收器輸出，釋放總線，防止局部故障導致總線被鎖定，保護了整個CAN網絡的正常通信。
• 熱關斷保護：當設備的結溫超過熱關斷閾值時，設備會自動關閉CAN驅動器電路，阻止TXD到總線的傳輸路徑。當結溫下降到閾值以下時，設備會恢復正常工作，避免設備因過熱而損壞。
• 欠壓鎖定：當(V_{CC})電源電壓下降到欠壓鎖定（UVLO）閾值以下時，設備會進入保護模式，將總線置于高阻抗偏置接地狀態，RXD終端置于三態（高阻抗）狀態，保護總線不受欠壓事件的影響。

二、應用領域

工業自動化

在工業自動化系統中，如工業控制、傳感器和驅動系統等，需要可靠的通信來實現設備之間的數據傳輸和控制。TCAN33x系列收發器的高速數據傳輸能力、寬共模范圍和多種保護特性，使其能夠在復雜的工業環境中穩定工作，確保系統的可靠性和實時性。

樓宇自動化

在樓宇的安全和氣候控制自動化系統中，需要連接多個設備進行數據交互。TCAN33x系列收發器可以滿足不同設備之間的通信需求，同時其低功耗模式有助于降低系統的整體功耗，延長設備的使用壽命。

電信基站

電信基站的狀態監測和控制需要高效、穩定的通信。該系列收發器的高速數據傳輸和良好的EMC性能，能夠滿足電信基站對通信質量和可靠性的要求，確?；镜恼＿\行。

符合多種CAN總線標準

TCAN33x系列收發器支持多種CAN總線標準，如CANopen、DeviceNet、NMEA2000、ARINC825、ISO11783和CANaerospace等，適用于不同行業和應用場景的CAN網絡。

三、設計要點

總線負載、長度和節點數量

在設計CAN網絡時，需要考慮總線負載、長度和節點數量等因素。ISO 11898標準規定了數據速率、最大CAN總線電纜長度和最大節點數量等參數，但通過精心的網絡設計，可以在一定程度上突破這些限制。TCAN33x系列收發器具有高輸入阻抗和寬共模范圍，能夠適應較高的節點數量和較長的總線長度。不過，為了保證信號的完整性，實際應用中需要根據具體情況進行合理的設計和調整。

CAN終端匹配

CAN總線的終端匹配非常重要，ISO 11898標準規定使用120Ω的電阻來終止電纜的兩端，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，可以采用分裂終端匹配的方法，使用兩個60Ω的電阻和一個電容來實現。在選擇終端電阻時，需要注意其功率額定值，以確保在最壞情況下能夠正常工作。

電源供應

為了確保設備在所有數據速率和電源電壓下都能可靠運行，每個電源都應使用一個100nF的陶瓷電容進行去耦，并且該電容應盡可能靠近(V_{CC})電源引腳。推薦使用TPS76333線性穩壓器為3.3V電源供電。

PCB布局

• 保護和濾波電路：由于ESD和EFT瞬態具有較寬的頻率帶寬，在PCB設計時需要應用高頻布局技術。在CANH和CANL引腳上添加瞬態電壓抑制器（TVS）和電容等保護元件，并將它們盡可能靠近連接器，以防止瞬態能量和噪聲進入電路板的其他網絡。
• 去耦電容：旁路和大容量電容應盡可能靠近收發器的電源引腳，以減少電源噪聲對設備的影響。
• 接地和電源連接：使用至少兩個過孔連接(V_{CC})和接地，以最小化走線和過孔的電感。
• 數字輸入和輸出：為了限制數字線路的電流，可以使用串聯電阻；為了過濾數字I/O線路上的噪聲，可以在I/O輸入側附近使用電容。

四、總結

TCAN33x系列3.3V CAN收發器具有豐富的特性、廣泛的應用領域和明確的設計要點。對于電子工程師來說，在設計CAN總線系統時，充分了解和利用這些特性，可以提高系統的性能、可靠性和穩定性。同時，在實際應用中，還需要根據具體的需求和場景進行合理的選擇和優化，以確保系統能夠達到最佳的工作狀態。大家在使用TCAN33x系列收發器的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨特的應用經驗呢？歡迎在評論區分享交流。