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

在当今的电子系统中，CAN（Controller Area Network）总线凭借其高可靠性、实时性和抗干扰能力，广泛应用于汽车、工业自动化、楼宇控制等众多领域。而具备 CAN FD（灵活数据速率）的 TCAN33x 3.3V CAN 收发器，以其出色的性能和丰富的功能，成为了工程师们在 CAN 网络设计中的理想选择。本文将深入介绍 TCAN33x 收发器的特性、应用场景以及设计过程中的关键要点。

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一、特性亮点

1. 电源与速率

TCAN33x 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，能够满足高速数据传输的需求，而其他器件的数据传输速率也能达到 1Mbps，为不同应用场景提供了灵活的选择。

2. 标准兼容性

该系列器件符合 ISO 11898 - 2 标准，这保证了它在 CAN 网络中的通用性和互操作性。无论是与其他符合该标准的 CAN 收发器配合使用，还是应用于遵循该标准的 CAN 网络中，都能实现稳定可靠的通信。

3. 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 封装则面向空间受限类应用，为小型化设计提供了可能。

4. 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 驱动和接收器完全工作，实现双向的 CAN 通信。
• 低功耗待机模式（TCAN334）：具有唤醒功能，可在低功耗状态下监测总线活动，当检测到特定唤醒信号时，迅速恢复到正常工作模式，适合对功耗有严格要求的应用。
• 静音模式（TCAN330、TCAN337）：此时 CAN 驱动被禁用，接收器正常工作，只能接收 CAN 总线上的数据，可用于只需要监听总线信息的场景。
• 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，可有效降低系统功耗。

5. 电气性能优越

• 宽共模工作电压范围：±12V 的宽共模工作电压范围，使得器件在复杂的电磁环境中能够稳定工作，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，可防止总线引脚因过压、短路等故障而损坏，提高了系统的可靠性。
• 低环路延迟：总环路延迟 < 135ns，确保了数据传输的实时性，减少了通信延迟。
• 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。

6. 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坏。
• 显性超时保护：驱动器和接收器都具备显性超时（DTO）特性，可防止因局部故障导致总线被锁定在显性状态，确保 CAN 网络的稳定性。
• 欠压保护：(V_{CC}) 欠压保护功能可在电源电压过低时，将器件置于保护模式，避免对总线造成影响。
• 热关断保护：当器件的结温超过热关断阈值时，自动关闭 CAN 驱动电路，防止器件因过热而损坏。
• 总线引脚限流：可限制总线引脚的短路电流，保护器件和总线免受短路故障的影响。

二、应用场景

1. 高速 CAN 网络

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，如汽车电子中的高速数据传输、工业自动化中的实时控制等场景。

2. 高负载 CAN 网络

在高负载 CAN 网络中，该系列器件能够以 1Mbps 的速率稳定运行，为大量节点的通信提供可靠保障。

3. 工业自动化领域

广泛应用于工业自动化、控制、传感器和驱动系统中，实现设备之间的可靠通信和数据传输。

4. 楼宇自动化

可用于楼宇、安全和温度控制自动化系统，实现对各种设备的监控和控制。

5. 电信基站

在电信基站状态和控制中，TCAN33x 收发器可用于实现基站设备之间的通信和数据交互。

6. 遵循 CAN 总线标准的应用

支持 CANopen、DeviceNet、NMEA2000、ARINC825、ISO11783、CANaerospace 等多种 CAN 总线标准，满足不同行业的应用需求。

三、设计要点

1. 总线负载与布局

• 总线负载：ISO 11898 标准对 CAN 总线的负载有一定要求，在设计时需要考虑信号损失、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。TCAN33x 器件具有较高的输入阻抗和宽共模范围，能够适应一定数量的节点，但实际应用中仍需根据具体情况进行评估。
• 布局：为了确保系统的性能和可靠性，需要遵循一定的布局原则。例如，将瞬态电压抑制器（TVS）和电容器等保护器件尽可能靠近连接器放置，以防止瞬态能量和噪声进入其他网络；将去耦电容尽可能靠近收发器的电源引脚，以减少电源噪声；使用至少两个过孔连接 (V_{CC}) 和地，以降低走线和过孔的电感。

2. 总线终端

ISO 11898 标准规定 CAN 总线应使用 120Ω 的终端电阻进行匹配，以防止信号反射。在实际应用中，可以采用标准终端或分裂终端的方式。分裂终端使用两个 60Ω 电阻和一个电容，可提供共模滤波功能，改善网络的电磁发射性能。同时，需要注意终端电阻的功率额定值，以确保在最坏情况下（如电源短路到终端电阻）不会损坏器件。

3. 电源设计

为了保证器件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 (V_{CC}) 电源引脚。可以选择合适的线性电压调节器，如 TPS76333，为器件提供稳定的 3.3V 电源。

4. 引脚连接与配置

不同型号的 TCAN33x 器件在引脚功能上可能有所差异，在设计时需要根据具体型号正确连接引脚。例如，TCAN337 具有故障输出引脚（FAULT），可用于指示各种故障状态；而 TXD 引脚在使用开漏输出的主机处理器驱动时，需要使用外部上拉电阻来确保正确的位时序输入。

5. ESD 与 EMI 防护

虽然 TCAN33x 器件本身具有一定的 ESD 保护能力，但在系统设计中，仍可根据需要添加额外的 ESD、EFT 或浪涌保护和滤波电路。例如，在 CANH 和 CANL 引脚上使用瞬态电压抑制器（TVS）和电容器进行保护，以提高系统的抗干扰能力。

四、总结

具备 CAN FD 的 TCAN33x 3.3V CAN 收发器以其丰富的特性、广泛的应用场景和良好的兼容性，为工程师们在 CAN 网络设计中提供了强大的支持。在设计过程中，需要充分考虑总线负载、布局、终端、电源等因素，合理配置引脚，采取必要的防护措施，以确保系统的性能和可靠性。希望本文能够帮助工程师们更好地了解和应用 TCAN33x 收发器，设计出更加优秀的 CAN 网络系统。你在使用 TCAN33x 收发器的过程中遇到过哪些问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。