具备CAN FD的TCAN33x 3.3V CAN收发器：特性、应用与设计要点

在电子工程领域，CAN（Controller Area Network）总线因其高可靠性和实时性，在工业自动化、汽车电子等众多领域得到广泛应用。而TI推出的具备CAN FD（灵活数据速率）的TCAN33x 3.3V CAN收发器，更是为CAN网络带来了新的活力。今天，我们就来深入探讨一下这款收发器的特性、应用以及设计要点。

文件下载：tcan332.pdf

一、特性亮点

电源与速率

TCAN33x系列采用3.3V单电源工作，这使得它可以直接连接3.3V CAN控制器/MCU，简化了电路设计。其中，TCAN33xG器件的数据速率高达5Mbps，能满足高速数据传输的需求；而普通的TCAN330、TCAN332、TCAN334和TCAN337数据传输速率也能达到1Mbps。

标准兼容性

该系列器件符合ISO 11898 - 2标准，这意味着它可以与遵循该标准的其他CAN设备良好兼容，为系统集成提供了便利。

封装选项

提供SOIC - 8和SOT - 23两种封装选项。SOIC - 8封装便于插接，适用于大多数常规应用；而SOT - 23封装则体积小巧，适合空间受限的应用场景。

工作模式多样

• 正常模式：所有器件都支持正常模式，在此模式下，CAN驱动和接收器完全正常工作，实现双向CAN通信。
• 低功耗待机模式（TCAN334）：具有唤醒功能，在需要节能的应用中非常实用。当系统处于待机状态时，功耗大幅降低，而当接收到唤醒信号时，能迅速恢复正常工作。
• 静音模式（TCAN330、TCAN337）：在该模式下，CAN驱动被禁用，只有接收器工作，实现单向接收数据，可用于只需要监听CAN总线数据的场景。
• 关断模式（TCAN330、TCAN334）：这是最低功耗的模式，CAN驱动和接收器都关闭，基本不消耗电能。

电气性能优越

• 宽共模工作电压范围：具有±12V的宽共模工作电压范围，能适应复杂的电气环境，增强了系统的抗干扰能力。
• 总线引脚故障保护：具备±14V的总线引脚故障保护，可有效防止因总线短路等故障对器件造成损坏。
• 低环路延迟：总环路延迟 < 135ns，保证了数据传输的实时性。
• 宽工作温度范围：工作环境温度范围为 - 40°C至125°C，适用于各种恶劣的工业和汽车环境。

保护特性丰富

• ESD保护：总线终端具有出色的ESD保护，HBM ESD保护超过±25kV，IEC61000 - 4 - 2 ESD接触放电保护超过±12kV，有效防止静电对器件的损害。
• 显性超时保护：包括驱动器显性超时（TXD DTO）和接收器显性超时（RXD DTO），可防止因硬件或软件故障导致总线被长时间占用，确保网络通信的正常进行。
• 欠压保护：具备(V_{CC})欠压保护，当电源电压低于阈值时，将器件置于保护模式，保护总线和器件安全。
• 热关断保护：当器件结温超过热关断阈值时，自动关闭CAN驱动电路，防止器件因过热损坏。
• 总线引脚限流：对CAN总线引脚进行限流，防止短路时过大的电流对器件和总线造成损害。

二、应用场景

高速网络应用

TCAN33xG器件的数据速率高达5Mbps，适用于具有灵活数据速率网络的CAN中的高速运行，如一些对数据传输速度要求较高的工业自动化生产线、汽车电子中的高速数据通信等。

高负载网络

在高负载CAN网络中，该系列器件也能稳定工作，以1Mbps的速率可靠传输数据，保证网络的正常运行。

工业与楼宇自动化

在工业自动化、控制、传感器和驱动系统，以及楼宇、安全和温度控制自动化等领域，CAN总线广泛应用。TCAN33x系列凭借其优越的性能和丰富的保护特性，为这些系统提供了可靠的通信解决方案。

电信基站

可用于电信基站的状态和控制，实现基站设备之间的通信和数据传输。

遵循多种CAN总线标准

支持CANopen、DeviceNet、NMEA2000、ARINC825、ISO11783、CANaerospace等多种CAN总线标准，具有广泛的适用性。

三、设计要点

总线负载与布局

• 总线负载：ISO 11898标准对CAN总线的负载、长度和节点数量有一定规定，但在实际设计中，可通过合理的网络设计进行调整。TCAN33x系列具有高输入阻抗和宽共模范围，能适应较多节点的网络。不过，在设计时仍需考虑信号损失、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。
• 总线布局：总线应采用双绞线电缆，两端使用120Ω的终端电阻进行匹配，以防止信号反射。如果需要对总线的共模电压进行滤波和稳定，可采用分裂终端（两个60Ω电阻中间接电容到地）的方式。同时，连接节点的分支线（stub）应尽量短，以减少信号反射。

电源设计

为确保器件在所有数据速率和电源电压下可靠运行，每个电源引脚应使用一个100nF的陶瓷电容进行去耦，且电容应尽量靠近(V_{CC})引脚。例如，TPS76333线性电压调节器是适合3.3V电源的选择。

布局注意事项

• ESD和瞬态保护：由于TCAN33x系列集成了IEC 61000 - 4 - 2 ESD保护，但如果系统需要更高的保护等级，可在CANH和CANL引脚上添加瞬态电压抑制器（TVS）和电容，这些保护器件应尽量靠近连接器，以防止瞬态能量和噪声进入电路板的其他部分。
• 数字输入输出：为限制数字线路的电流，可使用串联电阻；为过滤数字I/O线路上的噪声，可在输入侧靠近引脚处添加电容。
• FAULT引脚（仅TCAN337）：由于FAULT输出引脚是开漏输出，需要一个外部上拉电阻将引脚电压拉高，以实现正常工作。
• TXD输入引脚：如果使用开漏输出的主机处理器驱动TXD引脚，需要使用一个1kΩ至10kΩ的外部上拉电阻，以确保器件能正常接收隐性输入状态。

四、总结

TCAN33x 3.3V CAN收发器以其丰富的特性、广泛的应用场景和合理的设计要点，为CAN网络设计提供了一个优秀的解决方案。作为电子工程师，在设计CAN网络时，充分了解和利用这款器件的优势，能够提高系统的可靠性、性能和稳定性。同时，在实际设计过程中，还需要根据具体的应用需求和环境条件，灵活调整设计方案，以达到最佳的设计效果。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。