SN55HVD233-SEP：航天级CAN收发器的卓越之选

在电子工程师的设计世界里，选择一款合适的收发器至关重要，尤其是在面对严苛的辐射环境时。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）的SN55HVD233-SEP 3.3V耐辐射CAN收发器，看看它是如何在复杂环境中脱颖而出的。

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一、器件概述

SN55HVD233-SEP专为采用符合ISO 11898标准的控制器局域网（CAN）串行通信物理层的应用而设计。作为CAN收发器，它在差分CAN总线和CAN控制器之间提供传输和接收能力，信令速度高达1Mbps。该器件专门用于非常严苛的辐射环境，具有交叉线保护、过压保护、±16V接地失效保护和过热（热关断）保护功能，可在–7V至12V的宽共模范围内运行。

二、特性亮点

（一）辐射耐受性强

• 单粒子锁定（SEL）抗扰度：在125°C下的抗扰度可达$43 MeV - cm^{2} / mg$，这意味着它在辐射环境中能保持稳定的性能，减少单粒子事件对器件的影响。
• 总电离剂量（TID）：每个晶圆批次的RLAT总电离剂量（TID）高达20krad(Si)，在高达30krad(Si)的条件下无ELDRS，确保了器件在辐射环境下的长期可靠性。

（二）增强型航天塑料封装

• 受控基线：保证了产品质量的稳定性和一致性。
• 金线连接：提供了良好的电气性能和可靠性。
• NiPdAu铅涂层：增强了引脚的耐腐蚀性。
• 同一组装和测试场所：便于质量控制和追溯。
• 同一制造场所：进一步确保了产品的质量和一致性。

（三）宽温度范围和长生命周期

• 支持军用温度范围：可在–55°C至125°C的温度范围内正常工作，适用于各种恶劣的环境条件。
• 延长的产品生命周期：减少了产品更换和升级的频率，降低了成本。
• 延长的产品变更通知：让工程师有足够的时间应对产品变更，避免设计上的风险。

（四）其他特性

• 简化原理图：符合ISO 11898 - 2标准，总线引脚故障保护大于±16V，总线引脚ESD保护大于±14kV HBM，提高了器件的安全性和可靠性。
• 低释气：采用增强型模具化合物实现低释气，适用于对气体释放有严格要求的应用。

三、引脚配置和功能

SN55HVD233-SEP共有8个引脚，每个引脚都有其特定的功能：	PIN	NAME	NO.	TYPE	DESCRIPTION
D	1	I	CAN transmit data input (LOW for dominant and HIGH for recessive bus states), also called TXD, driver input.
GND	2	GND	Ground connection.
Vcc	3	Supply	Transceiver 3.3 - V supply voltage.
R	4	O	CAN receive data output (LOW for dominant and HIGH for recessive bus states), also called RXD, receiver output.
LBK	5	I	Loopback mode input pin.
CANL	6	VO	Low - level CAN bus line.
CANH	7	V/O	High - level CAN bus line.
RS	8	I	Mode select pin: Tie to GND = high - speed mode, Strong pullup to Vcc = low power mode, 0 - 50kΩ pulldown to GND = slope control mode.

四、电气特性

（一）绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于正确使用和保护器件至关重要。SN55HVD233-SEP的绝对最大额定值包括电源电压、总线引脚电压、输入电压、输出电压、工作结温等参数，具体如下：	参数	描述	MIN	MAX	UNIT
Vcc	Supply voltage	- 0.3	7	V
Voltage at any bus pin (CANH or CANL)	- 16	16	V
Voltage input, transient pulse, CANH and CANL, through 100Ω	- 100	100	V
Vi	Input voltage, (D, RS, LBK)	- 0.5	7	V
Vo	Output voltage, (R)	- 0.5	7	V
lo	Receiver output current	- 10	10	mA
TJ	Operating junction temperature		150	°C
Tstg	Storage temperature	- 65	150	°C

（二）ESD额定值

静电放电（ESD）是电子器件面临的一个重要问题。SN55HVD233-SEP具有良好的ESD防护能力，其CANH、CANL和GND引脚的HBM ESD额定值为+14000V，其他引脚为+4000V，所有引脚的CDM ESD额定值为+500V。

（三）推荐工作条件

为了确保器件的最佳性能，需要在推荐的工作条件下使用。SN55HVD233-SEP的推荐工作条件包括电源电压、总线引脚电压、输入电压、输出电流、工作结温等参数，具体如下：	参数	描述	MIN	NOM	MAX	UNIT
Vcc	Supply voltage	3		3.6	V
Voltage at any bus pin (separately or common mode)	- 7		12	V
VIH	High - level input voltage	D, LBK	2		5.5	V
VL	Low - level input voltage	D, LBK	0		0.8	V
VID	Differential input voltage	- 6		6	V
Resistance from RS to ground for slope control	0		50	kΩ
VI(RS)	Input voltage at RS for standby	0.75 Vcc		5.5	V
IoH	High - level output current	Driver	- 50			mA
Receiver	- 10
loL	Low - level output current	Driver			50	mA
Receiver			10
TJ	Operating junction temperature	- 55		125	°C

（四）热信息

热性能对于器件的可靠性和稳定性至关重要。SN55HVD233-SEP的热信息包括结到环境的热阻、结到外壳（顶部）的热阻、结到电路板的热阻等参数，具体如下：	热指标	SN55HVD233 - SEP D(SOIC) 8 PINS	UNIT
RaJA	Junction - to - ambient thermal resistance	112.6	°C/W
Rauc(top)	Junction - to - case (top) thermal resistance	47.1	°C/W
RauB	Junction - to - board thermal resistance	57.2	°C/W
VJT	Junction - to - top characterization parameter	7.4	°C/W
VJB	Junction - to - board characterization parameter	56.2	°C/W

五、工作模式

（一）RS引脚模式选择

SN55HVD233-SEP的RS引脚（引脚8）具有三种运行模式：高速、斜率控制或低功耗待机模式。

• 高速模式：将引脚8直接接地，驱动器输出晶体管将尽快开启和关闭，无上升和下降斜率限制，适用于对信号传输速度要求较高的应用。
• 斜率控制模式：在引脚8连接接地的电阻器以调节上升和下降斜率。斜率控制可通过0Ω电阻器值进行，以实现约38V/µs的单端压摆率，所使用的电阻器值最高可达50kΩ，以实现约4V/µs的压摆率。这种模式可以有效减少电磁干扰（EMI），适用于对EMI敏感的应用。
• 低功耗待机模式：对引脚8施加高逻辑电平，SN55HVD233-SEP会进入低电流待机（仅监听）模式，在此模式下，驱动器将关断并且接收器保持活动状态，可降低功耗。

（二）环回模式

当SN55HVD233-SEP的环回LBK引脚（引脚5）具有逻辑高电平时，会将总线输出和总线输入置于高阻抗状态，其余电路将保持工作状态，可用于驱动器到接收器的回送和自诊断节点功能，且不会干扰总线。这种模式对于系统的调试和故障诊断非常有用。

（三）CAN总线状态

在器件供电运行期间，CAN总线具有两种状态：显性和隐性。

• 显性状态：总线采用差分驱动方式，D和R引脚相应地置为逻辑低电平。
• 隐性状态：总线通过接收器的高电阻内部输入电阻器$R{IN}$偏置为$V{CC} / 2$，D和R引脚相应地偏置为逻辑高电平。

六、应用与设计

（一）应用场景

SN55HVD233-SEP适用于多种应用场景，特别是卫星应用。它可作为微处理器、FPGA或ASIC的主机CAN控制器与差分CAN总线之间的接口，支持近地轨道空间应用、空间数据总线通信和控制、机载数据处理的卫星遥测和遥控等。

（二）典型应用设计

1. 设计要求

在进行CAN总线设计时，需要遵循一定的标准和要求。High - Speed ISO 11898标准规定了最大信令速率为1Mbps，最大总线长度为40m，最大节点数为30，最大未端接短截线长度为0.3m。电缆应采用屏蔽或非屏蔽双绞线，特性阻抗为120Ω，总线两端应使用120Ω电阻进行端接，以防止信号反射。

2. 详细设计步骤

• 总线长度与信令速率的关系：总线长度和信令速率之间存在一定的关系，一般来说，总线长度越长，信令速率越低。例如，40m的总线长度对应的信令速率为1Mbps，100m对应的信令速率为0.5Mbps，200m对应的信令速率为0.25Mbps，500m对应的信令速率为0.1Mbps，1000m对应的信令速率为0.05Mbps。
• 斜率控制：通过在RS引脚（引脚8）连接接地的电阻器，可以调节SN55HVD233-SEP驱动器输出的上升和下降斜率。斜率控制可以有效减少EMI，提高信号质量。
• 待机模式：当对RS引脚施加高电平输入（>0.75 $V_{CC}$）时，电路进入低电流、仅监听的待机模式，驱动器关断，接收器保持活动状态。当总线上出现显性状态的上升沿（总线差分电压>900mV典型值）时，本地控制器可以将电路从低功耗待机模式中唤醒。

（三）布局建议

1. 布局准则

• 最小化短截线长度：从节点插入到总线的短截线长度应尽量短，以减少信号反射和干扰。
• 总线负载、长度和节点数：ISO11898标准规定了数据速率、总线长度、短截线长度和节点数的最大值，但通过精心的网络设计，可以延长电缆长度、增加短截线长度和节点数。SN55HVD233-SEP具有高输入阻抗和宽共模范围，支持在单个总线段上连接多达120个收发器。
• CAN端接：使用与电缆特性阻抗相等的电阻对总线两端进行端接，以防止信号反射。应尽量减少未端接的短截线长度，以降低信号反射的影响。

2. 布局示例

文档中提供了一个典型的电路板布局示例，展示了如何合理布置器件和布线，以确保信号的稳定传输。

七、总结

SN55HVD233-SEP作为一款专为严苛辐射环境设计的CAN收发器，具有出色的辐射耐受性、多种保护功能和灵活的工作模式。它的高输入阻抗和宽共模范围使其适用于多种CAN总线应用场景，特别是在卫星等航天领域。在进行设计时，工程师需要根据实际需求选择合适的工作模式和参数，遵循布局准则，以确保系统的可靠性和稳定性。希望本文能为电子工程师在使用SN55HVD233-SEP进行设计时提供一些有用的参考。你在使用类似收发器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。