探秘TCAN33x：高性能CAN收發器的卓越之選

在當今的工業自動化、汽車電子等眾多領域，CAN（Controller Area Network）總線憑借其高可靠性、實時性和抗干擾能力，成為了數據通信的重要手段。而TCAN33x系列CAN收發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大的解決方案。今天，我們就來深入了解一下TCAN33x系列CAN收發器。

文件下載：TCAN337GDR.pdf

一、產品概述

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物理層標準，其中TCAN330、TCAN332、TCAN334和TCAN337的數據速率可達1 Mbps，而TCAN330G、TCAN332G、TCAN334G和TCAN337G則支持高達5 Mbps的數據速率，滿足了不同應用場景對數據傳輸速度的需求。

二、關鍵特性剖析

（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收發器完全兼容，大大提高了系統設計的靈活性。
• 寬工作溫度范圍：具備 - 40°C至125°C的寬環境工作溫度范圍，能夠適應各種惡劣的工業和汽車環境，確保設備在不同溫度條件下穩定運行。

（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驅動器和接收器完全運行，實現CAN通信的雙向傳輸，數據能夠在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驅動器禁用，接收器正常工作，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的應用場景。
• 帶喚醒功能的待機模式：針對TCAN334設計的低功耗模式，CAN驅動器和主接收器關閉，雙向CAN通信無法進行，但低功耗接收器和總線監視器開啟，可通過CAN總線實現RXD喚醒請求。當檢測到喚醒請求時，設備可以從低功耗狀態恢復到正常工作狀態，有效節省能源。
• 關機模式：TCAN330和TCAN334具備的最低功耗模式，CAN驅動器和接收器均關閉，無法進行雙向CAN通信，且不能通過CAN總線接收遠程喚醒請求，可在設備不需要工作時將其置于此模式以降低功耗。

（三）強大的保護功能

• TXD主導超時（TXD DTO）：在正常模式下，當TXD因硬件或軟件故障長時間保持主導狀態時，TXD DTO電路會在超時時間tTXD_DTO后禁用CAN總線驅動器，釋放總線供網絡中其他節點通信。當TXD引腳出現隱性信號時，CAN驅動器重新激活，避免了因局部故障導致總線被鎖定主導狀態，確保了網絡的正常通信。
• RXD主導超時（RXD DTO）：所有器件都配備的功能，當總線長時間保持主導狀態超過超時時間tRXD_DTO時，RXD DTO電路會使RXD引腳恢復為隱性狀態（高電平），防止總線故障導致RXD引腳永久保持低電平。當總線恢復隱性狀態時，RXD輸出重新鏡像總線接收器輸出，保護了協議控制器免受永久主導狀態的影響。
• 熱關斷：當器件的結溫超過熱關斷閾值時，器件會關閉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，關斷條件解除。但如果故障條件仍然存在，器件可能會再次進入熱關斷狀態，因此長時間處于熱關斷狀態可能會影響器件的可靠性。熱關斷電路還具有滯后功能，可避免驅動器輸出振蕩。
• 欠壓鎖定和無電源保護：VCC電源端子具有欠壓檢測功能，當電源電壓低于UVLO閾值時，器件進入保護模式，將總線置于高阻抗偏置接地狀態，RXD端子置于三態（高阻抗）狀態，防止在欠壓事件中對總線造成影響。此外，當器件未供電時，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載，確保了系統的穩定性。
• ESD保護：總線引腳具備片上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、應用領域與設計要點

（一）應用領域

• 工業自動化：在工業自動化系統中，如傳感器、驅動器和控制系統，需要大量的節點進行數據通信。TCAN33x系列具有高輸入阻抗和寬共模范圍，能夠滿足高節點數量的需求，確保數據的可靠傳輸。
• 建筑、安全和氣候控制自動化：在建筑自動化系統中，需要對各種設備進行監控和控制，CAN總線的實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行器，實現對建筑環境的智能控制。
• 電信基站狀態和控制：在電信基站中，需要對各種設備的狀態進行監控和控制，CAN總線可以用于連接基站內的各種設備，實現數據的快速傳輸和設備的遠程控制。

（二）設計要點

• 總線負載、長度和節點數量：ISO 11898標準規定了CAN總線的一些基本參數，但在實際應用中，可以通過合理的網絡設計來擴展總線長度和增加節點數量。TCAN33x系列在50 - Ω負載下能夠滿足1.5 - V的差分輸出要求，并且在 - 12 V至12 V的共模范圍內通過330 - Ω耦合網絡實現信號傳輸，代表了120個TCAN33x收發器的總線負載。在設計CAN網絡時，需要考慮信號損失、寄生負載、網絡不平衡、接地偏移和信號完整性等因素，合理確定節點數量和總線長度。
• 總線終端：為了防止信號反射，ISO 11898標準規定使用120 - Ω電阻在電纜兩端進行終端匹配。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，即將終端電阻分為兩個60 - Ω電阻，并在中間通過電容接地。在設計時，需要注意終端節點的放置，避免因節點移除導致終端電阻丟失，影響信號完整性。
• 電源去耦：為了確保在所有數據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VCC電源引腳放置。TPS76333是適合3.3 V電源的線性穩壓器。
• 布局設計：在PCB設計中，需要注意以下幾點：
  • 瞬態保護：在CANH和CANL上使用瞬態電壓抑制器（TVS）和電容器進行額外的系統級保護，并將這些器件盡可能靠近連接器放置，防止瞬態能量和噪聲進入電路板的其他網絡。
  • 總線終端：合理設計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。
  • 數字輸入和輸出：可以使用串聯電阻限制數字線路的電流，并使用電容器過濾數字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，以實現正常工作。
  • TXD輸入引腳：如果使用開漏主機處理器驅動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為CAN收發器提供足夠的位定時輸入。

四、總結與展望

TCAN33x系列CAN收發器以其豐富的特性和出色的性能，為工程師們在CAN總線設計中提供了可靠的選擇。無論是在工業自動化、建筑自動化還是電信基站等領域，都能夠滿足不同應用場景的需求。在實際設計過程中，工程師們需要根據具體的應用需求，合理選擇工作模式，充分利用其保護功能，并注意總線負載、終端匹配、電源去耦和布局設計等要點，以確保系統的穩定性和可靠性。隨著科技的不斷發展，CAN總線技術也將不斷演進，相信TCAN33x系列收發器將在未來的應用中發揮更加重要的作用。

各位工程師們，你們在使用CAN收發器的過程中遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你們的經驗和見解。