TCAN33x系列3.3V CAN收发器：特性、应用与设计要点

在CAN（Controller Area Network）总线应用中，选择合适的收发器至关重要。今天我们来详细探讨一下德州仪器（TI）的TCAN33x系列3.3V CAN收发器，包括TCAN330、TCAN332、TCAN334、TCAN337 以及它们对应的G版本，如TCAN330G、TCAN332G、TCAN334G和TCAN337G。

文件下载：tcan332g.pdf

一、产品特性

电气特性

• 单电源3.3V供电：这一特性使得该系列收发器能够直接与3.3V的CAN控制器或微控制器（MCU）接口，简化了系统设计。同时，它们还能与总线上的其他5V CAN收发器完全兼容，增强了系统的灵活性。
• 高速数据传输：TCAN33xG系列设备的数据传输速率最高可达5Mbps，而标准的TCAN33x设备则支持高达1Mbps的数据速率，能够满足不同应用场景对数据传输速度的要求。
• 低延迟：总环路延迟小于135ns，确保了数据在总线上的快速传输，减少了通信延迟，提高了系统的实时性。

工作模式

• 正常模式：所有设备都支持正常模式，在此模式下，CAN驱动器和接收器完全运行，实现双向的CAN通信。
• 低功耗模式
  • 低功耗待机模式（TCAN334）：该模式下，CAN驱动器关闭，主接收器关闭，但低功耗接收器和总线监视器开启，允许通过CAN总线进行RXD唤醒请求。当检测到特定的唤醒模式时，设备可以从待机模式恢复到正常模式，适用于对功耗要求较高的应用。
  • 静默模式（TCAN330、TCAN337）：在该模式下，CAN驱动器禁用，只有接收器工作，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而不需要发送数据的场景。
  • 关机模式（TCAN330、TCAN334）：这是最低功耗模式，CAN驱动器和接收器都关闭，无法进行双向CAN通信，并且在此模式下无法通过CAN总线接收远程唤醒请求。

保护特性

• ESD保护：总线引脚具有出色的ESD保护能力，能够承受±25kV的人体模型（HBM）静电放电和±12kV的IEC61000 - 4 - 2接触放电，有效防止静电对设备造成损坏。
• 超时保护：具备TXD主导超时（TXD DTO）和RXD主导超时（RXD DTO）功能。当TXD或总线被长时间主导时，相应的电路会自动禁用驱动器或接收器输出，释放总线，防止局部故障导致总线被锁定，保护了整个CAN网络的正常通信。
• 热关断保护：当设备的结温超过热关断阈值时，设备会自动关闭CAN驱动器电路，阻止TXD到总线的传输路径。当结温下降到阈值以下时，设备会恢复正常工作，避免设备因过热而损坏。
• 欠压锁定：当(V_{CC})电源电压下降到欠压锁定（UVLO）阈值以下时，设备会进入保护模式，将总线置于高阻抗偏置接地状态，RXD终端置于三态（高阻抗）状态，保护总线不受欠压事件的影响。

二、应用领域

工业自动化

在工业自动化系统中，如工业控制、传感器和驱动系统等，需要可靠的通信来实现设备之间的数据传输和控制。TCAN33x系列收发器的高速数据传输能力、宽共模范围和多种保护特性，使其能够在复杂的工业环境中稳定工作，确保系统的可靠性和实时性。

楼宇自动化

在楼宇的安全和气候控制自动化系统中，需要连接多个设备进行数据交互。TCAN33x系列收发器可以满足不同设备之间的通信需求，同时其低功耗模式有助于降低系统的整体功耗，延长设备的使用寿命。

电信基站

电信基站的状态监测和控制需要高效、稳定的通信。该系列收发器的高速数据传输和良好的EMC性能，能够满足电信基站对通信质量和可靠性的要求，确保基站的正常运行。

符合多种CAN总线标准

TCAN33x系列收发器支持多种CAN总线标准，如CANopen、DeviceNet、NMEA2000、ARINC825、ISO11783和CANaerospace等，适用于不同行业和应用场景的CAN网络。

三、设计要点

总线负载、长度和节点数量

在设计CAN网络时，需要考虑总线负载、长度和节点数量等因素。ISO 11898标准规定了数据速率、最大CAN总线电缆长度和最大节点数量等参数，但通过精心的网络设计，可以在一定程度上突破这些限制。TCAN33x系列收发器具有高输入阻抗和宽共模范围，能够适应较高的节点数量和较长的总线长度。不过，为了保证信号的完整性，实际应用中需要根据具体情况进行合理的设计和调整。

CAN终端匹配

CAN总线的终端匹配非常重要，ISO 11898标准规定使用120Ω的电阻来终止电缆的两端，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，可以采用分裂终端匹配的方法，使用两个60Ω的电阻和一个电容来实现。在选择终端电阻时，需要注意其功率额定值，以确保在最坏情况下能够正常工作。

电源供应

为了确保设备在所有数据速率和电源电压下都能可靠运行，每个电源都应使用一个100nF的陶瓷电容进行去耦，并且该电容应尽可能靠近(V_{CC})电源引脚。推荐使用TPS76333线性稳压器为3.3V电源供电。

PCB布局

• 保护和滤波电路：由于ESD和EFT瞬态具有较宽的频率带宽，在PCB设计时需要应用高频布局技术。在CANH和CANL引脚上添加瞬态电压抑制器（TVS）和电容等保护元件，并将它们尽可能靠近连接器，以防止瞬态能量和噪声进入电路板的其他网络。
• 去耦电容：旁路和大容量电容应尽可能靠近收发器的电源引脚，以减少电源噪声对设备的影响。
• 接地和电源连接：使用至少两个过孔连接(V_{CC})和接地，以最小化走线和过孔的电感。
• 数字输入和输出：为了限制数字线路的电流，可以使用串联电阻；为了过滤数字I/O线路上的噪声，可以在I/O输入侧附近使用电容。

四、总结

TCAN33x系列3.3V CAN收发器具有丰富的特性、广泛的应用领域和明确的设计要点。对于电子工程师来说，在设计CAN总线系统时，充分了解和利用这些特性，可以提高系统的性能、可靠性和稳定性。同时，在实际应用中，还需要根据具体的需求和场景进行合理的选择和优化，以确保系统能够达到最佳的工作状态。大家在使用TCAN33x系列收发器的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。