TCAN33x 3.3-V CAN 收发器：CAN FD 应用的理想之选

在电子工程师的日常设计工作中，CAN（Controller Area Network）收发器是构建可靠通信网络的关键组件。今天，我们就来详细探讨一下德州仪器（TI）的 TCAN33x 系列 3.3-V CAN 收发器，它支持 CAN FD（Flexible Data Rate），为我们带来了许多出色的特性和功能。

文件下载：TCAN337DR.pdf

一、产品概述

TCAN33x 系列设备与 ISO 11898 高速 CAN 物理层标准兼容。其中，TCAN330、TCAN332、TCAN334 和 TCAN337 的数据速率最高可达 1 Mbps；而 TCAN330G、TCAN332G、TCAN334G 和 TCAN337G 则在等待 ISO 11898 - 2 包含 CAN FD 的更新版本发布，它们额外规定了定义环路延迟对称性的时序参数，数据速率最高可达 5 Mbps。

二、特性亮点

2.1 电源与兼容性

• 单电源操作：采用 3.3-V 单电源供电，能直接与 3.3-V CAN 控制器/MCU 接口，并且还能与总线上的其他 5-V CAN 收发器完全兼容。
• 数据速率：普通型号数据速率最高可达 1 Mbps，而 TCAN33xG 系列设备的数据速率更是高达 5 Mbps，满足不同应用场景对数据传输速度的需求。

2.2 封装与模式

• 封装选项：提供 SOIC - 8 和 SOT - 23 两种封装形式，方便我们根据实际的 PCB 空间和布局需求进行选择。
• 多种工作模式：具备正常模式（所有设备）、低功耗待机模式（TCAN334）、静默模式（TCAN330、TCAN337）和关机模式（TCAN330、TCAN334），可以根据系统的不同工作状态灵活切换，有效降低功耗。

2.3 性能与保护

• 宽共模范围：工作的共模范围为 ±12 V，总线引脚故障保护为 ±14 V，能适应复杂的电气环境，提高系统的稳定性。
• 低环路延迟：总环路延迟 < 135 ns，确保数据的快速准确传输。
• ESD 保护：集成 12 kV IEC - 61000 - 4 - 2 ESD 接触放电保护，无需额外的组件就能增强系统级的鲁棒性。
• 多种保护特性：包括驱动和接收器主导超时（DTO），为 CAN 网络提供强大的保护，防止因局部故障导致总线锁定。

三、详细参数

3.1 绝对最大额定值

参数	最小值	最大值	单位
电源电压范围，Vcc	-0.3	5	V
任何总线端子（CANH 或 CANL）的电压，VBUS	-14	14	V
逻辑输入端子电压范围，VuLogic p	-0.3	5	V
逻辑输出端子电压范围，VLogie_uput	-0.3	5	V
逻辑输出电流，o	8	mA
工作结温范围，T	-40	150	℃
存储温度，Tsg	150	℃

3.2 ESD 额定值

测试类型	测试对象	值	单位
人体模型（HBM）	除 CANH 和 CANL 外的所有引脚	±4000	V
CANH 和 CANL 引脚	+25000	V
带电设备模型（CDM）	所有引脚	±1500	V
IEC 61400 - 4 - 2 接触放电	CANH 和 CANL 端子到 GND	±12000	V

3.3 推荐工作条件

参数	最小值	标称值	最大值	单位
Vcc	3	3.6	V
OH(LOGIC)	-2	mA
lOLLOGIC	2
TA	-40	125	℃

四、功能特性详解

4.1 TXD 主导超时（TXD DTO）

在正常模式下，当 TXD 保持主导状态的时间超过超时时间 tTXD_DTO 时，DTO 电路会禁用 CAN 总线驱动器，释放总线，让其他节点能够继续通信。当 TXD 恢复为隐性信号时，CAN 驱动器会重新激活。

4.2 RXD 主导超时（RXD DTO）

当总线保持主导状态的时间超过超时时间 tRXD_DTO 时，RXD DTO 电路会使 RXD 引脚恢复为高电平（隐性）。当总线恢复为隐性信号时，RXD 输出会重新镜像总线接收器的输出。

4.3 热关断

如果设备的结温超过热关断阈值，设备会关闭 CAN 驱动器电路，阻止 TXD 到总线的传输路径。当结温下降到热关断温度以下时，关断条件会被清除。

4.4 欠压锁定和无电源设备

当 Vcc 电源电压下降到 UVLO 阈值以下时，设备会进入保护模式，保护总线。无电源时，设备的总线和逻辑引脚呈高阻抗状态，不会对工作总线或应用造成负载。

4.5 故障引脚（TCAN337）

当出现 TXD 主导超时、RXD 主导超时、热关断或欠压锁定等故障时，FAULT 引脚（开漏输出）会关闭，外部上拉到 Vcc 电源时会变为高电平。

4.6 浮动引脚

设备在关键端子上有内部上拉和下拉电阻，确保引脚浮动时设备处于已知状态。但在设计时，尤其是在嘈杂环境中，不能仅仅依赖内部偏置，还需要采取额外的措施。

4.7 CAN 总线短路电流限制

设备具备多种保护特性，限制 CAN 总线短路时的短路电流，包括 CAN 驱动器电流限制和 TXD 主导超时，防止系统故障导致总线长时间处于高短路电流的主导状态。

4.8 ESD 保护

总线引脚具有片上 ESD 保护，可承受 ±25-kV 人体模型（HBM）和 ±12-kV IEC61000 - 4 - 2 接触放电，有效保护设备免受静电损害。

五、应用与设计要点

5.1 应用场景

• 工业自动化：在工业自动化系统中，需要可靠的通信网络来实现设备之间的协同工作。TCAN33x 系列收发器的高数据速率、宽共模范围和多种保护特性，能够满足工业环境对通信稳定性和可靠性的要求。
• 建筑与安全：在建筑的安全和气候控制自动化系统中，需要对各种传感器和执行器进行实时监控和控制。TCAN33x 系列收发器可以提供稳定的通信连接，确保系统的正常运行。
• 电信基站：电信基站的状态监控和控制需要高速、可靠的通信。TCAN33x 系列收发器的数据速率和兼容性能够满足电信基站的应用需求。

5.2 总线设计

• 总线负载与节点数量：ISO 11898 标准规定了数据速率、总线长度和节点数量的限制，但通过精心的网络设计，可以突破这些限制。TCAN33x 系列收发器具有高输入阻抗和宽共模范围，适合连接大量节点。在设计 CAN 网络时，需要考虑信号损失、寄生负载、网络不平衡等因素，合理确定节点数量和总线长度。
• CAN 终端：为了防止信号反射，需要使用与电缆特性阻抗相等的电阻对总线两端进行终端匹配。同时，还可以采用分裂终端的方式，提高总线的电磁兼容性。

5.3 电源与布局

• 电源推荐：为了确保在所有数据速率和电源电压下可靠运行，每个电源都应使用一个 100nF 陶瓷电容进行去耦，并且该电容应尽可能靠近 Vcc 电源引脚。
• 布局指南：在 PCB 设计中，需要注意瞬态保护、总线终端、去耦电容、接地和电源连接、数字输入输出等方面的布局。例如，瞬态保护器件应尽可能靠近连接器，以防止瞬态能量和噪声进入电路板的其他网络。

六、总结

TCAN33x 系列 3.3-V CAN 收发器凭借其丰富的特性、出色的性能和可靠的保护机制，为 CAN FD 应用提供了一个优秀的解决方案。无论是在工业自动化、建筑安全还是电信基站等领域，都能发挥重要作用。作为电子工程师，在进行 CAN 网络设计时，不妨考虑一下这款产品，相信它会给你的设计带来意想不到的效果。你在使用 CAN 收发器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。