TCAN33x 3.3V CAN 收發(fā)器：性能卓越，應(yīng)用廣泛

在電子工程師的日常工作中，CAN（Controller Area Network）收發(fā)器是構(gòu)建可靠通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組件。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討一下德州儀器（TI）推出的 TCAN33x 系列 3.3V CAN 收發(fā)器，包括 TCAN330、TCAN332、TCAN334、TCAN337 以及它們的 G 版本（TCAN330G、TCAN332G、TCAN334G、TCAN337G）。

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一、產(chǎn)品概述

TCAN33x 系列產(chǎn)品完全兼容 ISO 11898-2 高速 CAN 物理層標(biāo)準(zhǔn)，能夠在 CAN 差分總線和 CAN 協(xié)議控制器之間實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的接口連接。其中，TCAN330、TCAN332、TCAN334 和 TCAN337 的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá) 1Mbps；而 TCAN330G、TCAN332G、TCAN334G 和 TCAN337G 則在滿足 ISO 11898-2 最新版本（含 CAN FD）要求的基礎(chǔ)上，還額外規(guī)定了環(huán)路延遲對(duì)稱性的特定時(shí)序參數(shù)，并且數(shù)據(jù)速率最高能達(dá)到 5Mbps。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

（一）電氣特性突出

1. 單電源供電：采用 3.3V 單電源供電，這使得該系列收發(fā)器可以直接與 3.3V 的 CAN 控制器或微控制器（MCU）進(jìn)行連接，同時(shí)還能與總線上的其他 5V CAN 收發(fā)器完全兼容，大大增強(qiáng)了其在不同系統(tǒng)中的適用性。
2. 高速數(shù)據(jù)傳輸：TCAN33xG 系列設(shè)備的數(shù)據(jù)速率最高可達(dá) 5Mbps，能夠滿足高速通信的需求。對(duì)于需要快速傳輸大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景，如工業(yè)自動(dòng)化中的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)采集，這種高速性能就顯得尤為重要。
3. 寬共模范圍：具備 ±12V 的寬共模工作范圍和 ±14V 的總線引腳故障保護(hù)能力。在實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)雜的電磁環(huán)境可能會(huì)導(dǎo)致總線出現(xiàn)電壓波動(dòng)和干擾，而寬共模范圍和故障保護(hù)能夠有效保證收發(fā)器在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定工作。
4. 低延遲：總環(huán)路延遲小于 135ns，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性和準(zhǔn)確性。在對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用中，如汽車電子的動(dòng)力控制系統(tǒng)，低延遲可以保證系統(tǒng)的快速響應(yīng)和穩(wěn)定運(yùn)行。
5. 低功耗：擁有超低功耗的關(guān)機(jī)和待機(jī)模式，這對(duì)于電池供電的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。例如，在一些便攜式設(shè)備或遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，低功耗模式可以大大延長(zhǎng)電池的使用壽命，減少維護(hù)成本。

（二）保護(hù)功能完善

1. ESD 保護(hù)：總線引腳具備出色的靜電放電（ESD）保護(hù)能力，能夠承受 ±25kV 的人體模型（HBM）ESD 沖擊和 ±12kV 的 IEC61000-4-2 接觸放電。在實(shí)際生產(chǎn)和使用過(guò)程中，ESD 是一個(gè)常見的問題，可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞，而這種強(qiáng)大的 ESD 保護(hù)能力可以有效提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。
2. 超時(shí)保護(hù)：配備驅(qū)動(dòng)器主導(dǎo)超時(shí)（TXD DTO）和接收器主導(dǎo)超時(shí)（RXD DTO）功能。當(dāng) TXD 或總線處于主導(dǎo)狀態(tài)的時(shí)間超過(guò)預(yù)設(shè)的超時(shí)時(shí)間時(shí)，相應(yīng)的功能會(huì)被觸發(fā)，從而保護(hù)總線免受局部故障的影響，確保網(wǎng)絡(luò)通信的正常進(jìn)行。例如，在硬件或軟件出現(xiàn)故障導(dǎo)致 TXD 長(zhǎng)時(shí)間處于主導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，TXD DTO 會(huì)及時(shí)禁用驅(qū)動(dòng)器，釋放總線，避免其他節(jié)點(diǎn)無(wú)法通信。
3. 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)器件的結(jié)溫超過(guò)熱關(guān)斷閾值時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉 CAN 驅(qū)動(dòng)器電路。當(dāng)結(jié)溫下降到閾值以下時(shí)，關(guān)斷狀態(tài)會(huì)自動(dòng)解除。這種保護(hù)機(jī)制可以防止器件因過(guò)熱而損壞，提高了器件的可靠性和使用壽命。
4. 欠壓鎖定保護(hù)：對(duì) (V_{CC}) 電源端子進(jìn)行欠壓檢測(cè)，當(dāng)電源電壓下降到 UVLO 閾值以下時(shí)，器件會(huì)進(jìn)入保護(hù)模式。此時(shí)，總線會(huì)處于高阻抗偏置接地狀態(tài)，RXD 端子會(huì)處于三態(tài)（高阻抗），從而保護(hù)總線免受欠壓事件的影響。

（三）工作模式多樣

1. 正常模式：所有器件都支持正常模式，在該模式下，CAN 驅(qū)動(dòng)器和接收器完全正常工作，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向的 CAN 通信。
2. 靜音模式：TCAN330 和 TCAN337 支持靜音模式，在該模式下，CAN 驅(qū)動(dòng)器被禁用，只有接收器正常工作，實(shí)現(xiàn)單向的接收功能。這種模式適用于只需要接收數(shù)據(jù)而不需要發(fā)送數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景，如數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和記錄。
3. 待機(jī)模式（帶喚醒功能）：TCAN334 具備待機(jī)模式，在該模式下，CAN 驅(qū)動(dòng)器和主接收器關(guān)閉，但低功耗接收器和總線監(jiān)視器仍然開啟。當(dāng)檢測(cè)到總線上的特定喚醒信號(hào)時(shí)，設(shè)備可以從待機(jī)模式喚醒并恢復(fù)正常通信。這種功能可以在不使用設(shè)備時(shí)降低功耗，同時(shí)確保在需要時(shí)能夠及時(shí)響應(yīng)。
4. 關(guān)機(jī)模式：TCAN330 和 TCAN334 支持關(guān)機(jī)模式，在該模式下，CAN 驅(qū)動(dòng)器和接收器都被關(guān)閉，功耗降至最低。這種模式適用于長(zhǎng)時(shí)間不使用設(shè)備的情況，可以進(jìn)一步節(jié)省電能。

三、產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域

（一）工業(yè)自動(dòng)化

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，CAN 總線被廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)、傳感器和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。TCAN33x 系列產(chǎn)品的高速數(shù)據(jù)傳輸能力、寬共模范圍和完善的保護(hù)功能，使其能夠在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定可靠地工作。例如，在機(jī)器人控制系統(tǒng)中，高速數(shù)據(jù)傳輸可以保證機(jī)器人的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制；寬共模范圍和保護(hù)功能可以抵御工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾和電壓波動(dòng)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（二）樓宇自動(dòng)化

在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中，如建筑安全、氣候控制等方面，CAN 總線可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通信和控制。TCAN33x 系列產(chǎn)品的低功耗模式和多種工作模式，非常適合應(yīng)用于這些對(duì)功耗有要求的場(chǎng)景。例如，在智能樓宇的門窗控制系統(tǒng)中，待機(jī)和關(guān)機(jī)模式可以降低設(shè)備的功耗，延長(zhǎng)電池使用壽命；而正常模式和靜音模式則可以根據(jù)實(shí)際需求靈活切換，實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸和控制。

（三）電信基站

電信基站的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制需要可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。TCAN33x 系列產(chǎn)品的高可靠性和穩(wěn)定性，能夠滿足電信基站對(duì)通信設(shè)備的嚴(yán)格要求。在基站的電源管理和監(jiān)控系統(tǒng)中，CAN 總線可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)模塊的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，確?；镜恼＿\(yùn)行。

（四）其他 CAN 總線標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

該系列產(chǎn)品還支持多種 CAN 總線標(biāo)準(zhǔn)，如 CANopen、DeviceNet、NMEA2000、ARINC825、ISO11783、CANaerospace 等。這使得它在不同行業(yè)和領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景，能夠滿足各種不同的通信需求。

四、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（一）總線負(fù)載和長(zhǎng)度

在設(shè)計(jì) CAN 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要考慮總線的負(fù)載、長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)數(shù)量。雖然 ISO 11898 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一些參數(shù)，但在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過(guò)精心設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)來(lái)延長(zhǎng)總線長(zhǎng)度、增加節(jié)點(diǎn)數(shù)量。TCAN33x 系列產(chǎn)品具有高輸入阻抗和寬共模范圍，能夠適應(yīng)較高的總線負(fù)載。但在實(shí)際使用中，還是需要為信號(hào)損失、寄生負(fù)載、網(wǎng)絡(luò)不平衡、接地偏移和信號(hào)完整性等因素留出一定的余量，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（二）CAN 終端匹配

CAN 總線的終端匹配非常重要，ISO 11898 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用 120Ω 的特征阻抗的雙絞線電纜，并在電纜兩端使用匹配電阻來(lái)防止信號(hào)反射。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以采用標(biāo)準(zhǔn)的 120Ω 終端電阻或采用分裂終端（兩個(gè) 60Ω 電阻中間接電容接地）的方式來(lái)改善網(wǎng)絡(luò)的電磁發(fā)射性能。同時(shí)，需要注意終端電阻的功率額定值，以防止在短路等異常情況下?lián)p壞設(shè)備。

（三）電源和布局

為了確保設(shè)備在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下都能可靠運(yùn)行，每個(gè)電源都應(yīng)該使用一個(gè) 100nF 的陶瓷電容進(jìn)行去耦，并將其盡可能靠近 (V_{CC}) 電源引腳。在 PCB 布局方面，需要采用高頻布局技術(shù)，合理設(shè)計(jì)保護(hù)和濾波電路，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。例如，在 CANH 和 CANL 引腳上添加瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）和電容可以提供額外的系統(tǒng)級(jí)保護(hù)；在數(shù)字輸入和輸出線上使用串聯(lián)電阻和電容可以限制電流和過(guò)濾噪聲。

五、總結(jié)

TCAN33x 系列 3.3V CAN 收發(fā)器以其卓越的性能、完善的保護(hù)功能和多樣的工作模式，為電子工程師在設(shè)計(jì) CAN 通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)提供了一個(gè)可靠的選擇。無(wú)論是在工業(yè)自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化還是電信基站等領(lǐng)域，該系列產(chǎn)品都能夠發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要充分考慮總線負(fù)載、終端匹配、電源和布局等因素，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用 CAN 收發(fā)器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。