探秘TCAN33x：高性能CAN收发器的卓越之选

在当今的工业自动化、汽车电子等众多领域，CAN（Controller Area Network）总线凭借其高可靠性、实时性和抗干扰能力，成为了数据通信的重要手段。而TCAN33x系列CAN收发器作为其中的佼佼者，以其出色的性能和丰富的特性，为工程师们提供了强大的解决方案。今天，我们就来深入了解一下TCAN33x系列CAN收发器。

文件下载：TCAN337GDR.pdf

一、产品概述

TCAN33x系列包括TCAN330、TCAN332、TCAN334、TCAN337以及它们的G版本（TCAN330G、TCAN332G、TCAN334G、TCAN337G）。这些器件兼容ISO 11898高速CAN物理层标准，其中TCAN330、TCAN332、TCAN334和TCAN337的数据速率可达1 Mbps，而TCAN330G、TCAN332G、TCAN334G和TCAN337G则支持高达5 Mbps的数据速率，满足了不同应用场景对数据传输速度的需求。

二、关键特性剖析

（一）电源与兼容性

• 单电源供电：采用3.3 - V单电源供电，这使得它能够直接与3.3 - V的CAN控制器/MCU接口，同时还能与总线上的其他5 - V CAN收发器完全兼容，大大提高了系统设计的灵活性。
• 宽工作温度范围：具备 - 40°C至125°C的宽环境工作温度范围，能够适应各种恶劣的工业和汽车环境，确保设备在不同温度条件下稳定运行。

（二）多种工作模式

• 正常模式：所有器件都具备的基本工作模式，在该模式下，CAN驱动器和接收器完全运行，实现CAN通信的双向传输，数据能够在TXD和CAN总线之间以及CAN总线和RXD之间自由流动。
• 静音模式：适用于TCAN330和TCAN337，此模式下CAN驱动器禁用，接收器正常工作，实现单向的CAN通信，即只能从CAN总线接收数据，适合只需要接收数据的应用场景。
• 带唤醒功能的待机模式：针对TCAN334设计的低功耗模式，CAN驱动器和主接收器关闭，双向CAN通信无法进行，但低功耗接收器和总线监视器开启，可通过CAN总线实现RXD唤醒请求。当检测到唤醒请求时，设备可以从低功耗状态恢复到正常工作状态，有效节省能源。
• 关机模式：TCAN330和TCAN334具备的最低功耗模式，CAN驱动器和接收器均关闭，无法进行双向CAN通信，且不能通过CAN总线接收远程唤醒请求，可在设备不需要工作时将其置于此模式以降低功耗。

（三）强大的保护功能

• TXD主导超时（TXD DTO）：在正常模式下，当TXD因硬件或软件故障长时间保持主导状态时，TXD DTO电路会在超时时间tTXD_DTO后禁用CAN总线驱动器，释放总线供网络中其他节点通信。当TXD引脚出现隐性信号时，CAN驱动器重新激活，避免了因局部故障导致总线被锁定主导状态，确保了网络的正常通信。
• RXD主导超时（RXD DTO）：所有器件都配备的功能，当总线长时间保持主导状态超过超时时间tRXD_DTO时，RXD DTO电路会使RXD引脚恢复为隐性状态（高电平），防止总线故障导致RXD引脚永久保持低电平。当总线恢复隐性状态时，RXD输出重新镜像总线接收器输出，保护了协议控制器免受永久主导状态的影响。
• 热关断：当器件的结温超过热关断阈值时，器件会关闭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，关断条件解除。但如果故障条件仍然存在，器件可能会再次进入热关断状态，因此长时间处于热关断状态可能会影响器件的可靠性。热关断电路还具有滞后功能，可避免驱动器输出振荡。
• 欠压锁定和无电源保护：VCC电源端子具有欠压检测功能，当电源电压低于UVLO阈值时，器件进入保护模式，将总线置于高阻抗偏置接地状态，RXD端子置于三态（高阻抗）状态，防止在欠压事件中对总线造成影响。此外，当器件未供电时，总线端子（CANH、CANL）和逻辑引脚的泄漏电流很低，不会对总线和其他电路造成负载，确保了系统的稳定性。
• ESD保护：总线引脚具备片上ESD保护，可承受±25 - kV人体模型（HBM）和±12 - kV IEC61000 - 4 - 2接触放电，有效保护器件免受静电损坏，提高了器件的可靠性和抗干扰能力。

三、应用领域与设计要点

（一）应用领域

• 工业自动化：在工业自动化系统中，如传感器、驱动器和控制系统，需要大量的节点进行数据通信。TCAN33x系列具有高输入阻抗和宽共模范围，能够满足高节点数量的需求，确保数据的可靠传输。
• 建筑、安全和气候控制自动化：在建筑自动化系统中，需要对各种设备进行监控和控制，CAN总线的实时性和可靠性能够满足这些需求。TCAN33x系列可以用于连接各种传感器和执行器，实现对建筑环境的智能控制。
• 电信基站状态和控制：在电信基站中，需要对各种设备的状态进行监控和控制，CAN总线可以用于连接基站内的各种设备，实现数据的快速传输和设备的远程控制。

（二）设计要点

• 总线负载、长度和节点数量：ISO 11898标准规定了CAN总线的一些基本参数，但在实际应用中，可以通过合理的网络设计来扩展总线长度和增加节点数量。TCAN33x系列在50 - Ω负载下能够满足1.5 - V的差分输出要求，并且在 - 12 V至12 V的共模范围内通过330 - Ω耦合网络实现信号传输，代表了120个TCAN33x收发器的总线负载。在设计CAN网络时，需要考虑信号损失、寄生负载、网络不平衡、接地偏移和信号完整性等因素，合理确定节点数量和总线长度。
• 总线终端：为了防止信号反射，ISO 11898标准规定使用120 - Ω电阻在电缆两端进行终端匹配。如果需要对总线的共模电压进行滤波和稳定，可以采用分裂终端，即将终端电阻分为两个60 - Ω电阻，并在中间通过电容接地。在设计时，需要注意终端节点的放置，避免因节点移除导致终端电阻丢失，影响信号完整性。
• 电源去耦：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100nF陶瓷电容进行去耦，并将其尽可能靠近VCC电源引脚放置。TPS76333是适合3.3 V电源的线性稳压器。
• 布局设计：在PCB设计中，需要注意以下几点：
  • 瞬态保护：在CANH和CANL上使用瞬态电压抑制器（TVS）和电容器进行额外的系统级保护，并将这些器件尽可能靠近连接器放置，防止瞬态能量和噪声进入电路板的其他网络。
  • 总线终端：合理设计CANH和CANL的终端电阻，采用分裂终端可以提供共模滤波功能。
  • 去耦电容：将旁路和大容量电容尽可能靠近收发器的电源引脚放置，以减少电源噪声。
  • 接地和电源连接：使用至少两个过孔连接VCC和接地，以减少走线和过孔的电感。
  • 数字输入和输出：可以使用串联电阻限制数字线路的电流，并使用电容器过滤数字I/O线路上的噪声。
  • 故障输出引脚：对于TCAN337的FAULT输出引脚，需要使用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：如果使用开漏主机处理器驱动TXD引脚，需要使用1 kΩ至10 kΩ的外部上拉电阻，以确保TXD输出的微处理器能够为CAN收发器提供足够的位定时输入。

四、总结与展望

TCAN33x系列CAN收发器以其丰富的特性和出色的性能，为工程师们在CAN总线设计中提供了可靠的选择。无论是在工业自动化、建筑自动化还是电信基站等领域，都能够满足不同应用场景的需求。在实际设计过程中，工程师们需要根据具体的应用需求，合理选择工作模式，充分利用其保护功能，并注意总线负载、终端匹配、电源去耦和布局设计等要点，以确保系统的稳定性和可靠性。随着科技的不断发展，CAN总线技术也将不断演进，相信TCAN33x系列收发器将在未来的应用中发挥更加重要的作用。

各位工程师们，你们在使用CAN收发器的过程中遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你们的经验和见解。