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3VCC供电下实现标准的HS-CAN通信
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2017-12-08
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概述
如果保证MAX13041的VCC电源处于4.75V至5.25V （标称工作电压范围），则可满足ISO 11898-2高速CAN通信标准［1］。也就是说，如果需要进行CAN通信，必须采用5V电源为CAN收发器供电。然而，系统设计中常碰到的问题是主电源无法满足子系统的电源需求。这种情况下，无法直接使用现有电源：仅有一路3.3V电源或不能直接采用电池电压获得所有需要的电源。由于电路板空间有限，不能包含所有电源。有些情况下，直接从电池电源产生5V电压可能无法接受，因为存在散热问题，特别是在需要高电池电压进行CAN通信的系统中（如，汽车中两节电池供电的情况或在24V卡车系统中）。电压转换器能够产生所需的各种电压，并且在要求低功耗、电路简单和低成本应用中，电荷泵通常是最佳选择。电荷泵便于使用，因为它们无需昂贵的电感或额外的半导体器件。
选择电荷泵
收发器电源
MAX13041的VCC引脚用于IC供电，当IC处于正常工作模式时在总线、电压基准和接收电路之间建立正确的通信信号。VI/O输入提供与3.3V I/O微控制器的接口，在控制器和收发器之间获得正确的电压。当然，当具体应用与这种控制器通信时，该引脚可以接5V稳压器。
VBAT引脚（通常连接至汽车12V电池）为超低静态电流的唤醒检测电路供电。该引脚用于激活MAX13041，以便在收到CAN信息时从休眠模式下唤醒器件。如果检测到VBAT电源上有欠压情况，则将收发器置于低功耗模式。所有其它引脚的详细说明请参考MAX13041的数据资料［2］。
电源电流
CAN总线处于下述两种逻辑状态的一种：隐性状态或显性状态（图1）。正常通信模式中，MAX13041在显性状态下需要80mA的最大VCC输入电流;隐性状态下需要10mA。流入VI/O和VBAT的电流可以忽略。然而，当总线出现故障时，特别是如果CAN_H总线短接至地，则VCC电源电流会明显增大。收发器将会把短路电流限制到IO（SC） = 95mA。不管怎样，这种条件下最好调节电荷泵输出电流。考虑到上述情况，采用电荷泵提供CAN收发器所需电源，该电荷泵可提供5V输出电压，电压容差满足上述要求，且最小输出电流可达95mA。
3.3V输入至5V稳压输出的电荷泵
尽管市场上有多种常规的电荷泵器件可供选择，本文采用3.3V输入、5V稳压输出的电荷泵MAX683解决供电问题。该器件可在2.7V至5.5V输入电压下提供5V ±4%的稳压输出。器件开关频率调节范围高达2MHz，允许在100mA输出电流下使用小尺寸外部电容。
如果保证MAX13041的VCC电源处于4.75V至5.25V （标称工作电压范围），则可满足ISO 11898-2高速CAN通信标准［1］。也就是说，如果需要进行CAN通信，必须采用5V电源为CAN收发器供电。然而，系统设计中常碰到的问题是主电源无法满足子系统的电源需求。这种情况下，无法直接使用现有电源：仅有一路3.3V电源或不能直接采用电池电压获得所有需要的电源。由于电路板空间有限，不能包含所有电源。有些情况下，直接从电池电源产生5V电压可能无法接受，因为存在散热问题，特别是在需要高电池电压进行CAN通信的系统中（如，汽车中两节电池供电的情况或在24V卡车系统中）。电压转换器能够产生所需的各种电压，并且在要求低功耗、电路简单和低成本应用中，电荷泵通常是最佳选择。电荷泵便于使用，因为它们无需昂贵的电感或额外的半导体器件。
选择电荷泵
收发器电源
MAX13041的VCC引脚用于IC供电，当IC处于正常工作模式时在总线、电压基准和接收电路之间建立正确的通信信号。VI/O输入提供与3.3V I/O微控制器的接口，在控制器和收发器之间获得正确的电压。当然，当具体应用与这种控制器通信时，该引脚可以接5V稳压器。
VBAT引脚（通常连接至汽车12V电池）为超低静态电流的唤醒检测电路供电。该引脚用于激活MAX13041，以便在收到CAN信息时从休眠模式下唤醒器件。如果检测到VBAT电源上有欠压情况，则将收发器置于低功耗模式。所有其它引脚的详细说明请参考MAX13041的数据资料［2］。
电源电流
CAN总线处于下述两种逻辑状态的一种：隐性状态或显性状态（图1）。正常通信模式中，MAX13041在显性状态下需要80mA的最大VCC输入电流;隐性状态下需要10mA。流入VI/O和VBAT的电流可以忽略。然而，当总线出现故障时，特别是如果CAN_H总线短接至地，则VCC电源电流会明显增大。收发器将会把短路电流限制到IO（SC） = 95mA。不管怎样，这种条件下最好调节电荷泵输出电流。考虑到上述情况，采用电荷泵提供CAN收发器所需电源，该电荷泵可提供5V输出电压，电压容差满足上述要求，且最小输出电流可达95mA。
3.3V输入至5V稳压输出的电荷泵
尽管市场上有多种常规的电荷泵器件可供选择，本文采用3.3V输入、5V稳压输出的电荷泵MAX683解决供电问题。该器件可在2.7V至5.5V输入电压下提供5V ±4%的稳压输出。器件开关频率调节范围高达2MHz，允许在100mA输出电流下使用小尺寸外部电容。
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