探秘SN65HVD23x：3.3V CAN总线收发器的卓越性能与应用

在工业自动化、汽车电子等领域，CAN总线凭借其高可靠性、实时性和多主通信能力，成为了数据传输的重要选择。而SN65HVD23x系列3.3V CAN总线收发器，更是为CAN总线系统带来了出色的性能和丰富的功能。今天，我们就来深入了解一下这款收发器。

文件下载：sn65hvd232.pdf

一、产品特性亮点

1. 电源与兼容性

SN65HVD23x采用单3.3V电源供电，与ISO 11898 - 2标准兼容，能够为系统提供稳定的电源支持。同时，它还是PCA82C250的低功耗替代方案，适用于对功耗有严格要求的应用场景。

2. 保护功能强大

• ESD保护：总线引脚的ESD保护超过±16kV HBM，有效防止静电对设备的损害，提高了系统的可靠性。
• 热关断保护：当环境温度过高或输出电流过大时，热关断保护功能会自动启动，将驱动器禁用，总线引脚变为高阻抗状态，确保设备安全。
• 开路故障安全设计：接收器的故障安全设计保证了在总线线路开路时，接收器输出为逻辑高电平，避免了错误信号的产生。
• 无毛刺上电和掉电保护：在热插拔应用中，总线引脚在低(V_{CC})条件下保持高阻抗状态，确保了总线的稳定运行，避免了毛刺的产生。

3. 高输入阻抗与多节点支持

高输入阻抗允许总线上最多连接120个节点，满足了大规模网络的需求。这使得SN65HVD23x在复杂的工业控制系统中具有广泛的应用前景。

4. 可调节的驱动器转换时间

SN65HVD230和SN65HVD231的驱动器转换时间可调节，通过连接不同阻值的电阻到(R_{S})引脚，可以实现不同的斜率控制，从而改善发射性能，减少电磁干扰。

5. 低功耗模式

• SN65HVD230：当在(R_{S})引脚施加高逻辑电平时，进入低电流待机模式（仅监听），驱动器关闭，接收器保持活跃，典型电流为370μA，降低了系统功耗。
• SN65HVD231：当在(R_{S})引脚施加高逻辑电平时，进入超低电流睡眠模式，驱动器和接收器均关闭，典型电流为40nA，进一步节省了能源。

6. 高速数据传输

设计用于高达1Mbps的数据速率，能够满足大多数应用场景的高速数据传输需求，确保了数据的实时性和准确性。

二、应用领域广泛

SN65HVD23x适用于多种应用领域，包括工业自动化、控制、传感器和驱动系统、电机和机器人控制、建筑和气候控制（HVAC）、电信和基站控制与状态监测等。同时，它还支持CANopen、DeviceNet和CAN Kingdom等CAN总线标准，为不同行业的应用提供了便利。

三、产品详细解析

1. 引脚配置与功能

引脚名称	引脚编号	类型	描述
D	1	I	CAN发送数据输入（低电平表示显性，高电平表示隐性总线状态）
GND	2	GND	接地连接
(V_{CC})	3	Supply	收发器3.3V电源电压
R	4	O	CAN接收数据输出（低电平表示显性，高电平表示隐性总线状态）
(V_{ref})	5	O	SN65HVD230和SN65HVD231：(V_{CC} / 2)参考输出引脚
CANL	6	I/O	低电平CAN总线线路
CANH	7	I/O	高电平CAN总线线路
(R_{S})	8	I	SN65HVD230和SN65HVD231：模式选择引脚
NC	-	-	SN65HVD232：无连接

2. 工作模式

• 高速模式：将(R_{S})引脚连接到地，允许发射器输出晶体管尽可能快地开关，上升和下降斜率无限制，适用于对速度要求较高的工业应用。
• 斜率控制模式：通过在(R_{S})引脚和地之间串联一个电阻，可以调节上升和下降斜率，斜率与引脚的输出电流成正比。例如，电阻值为10kΩ时，设备的压摆率约为15V/μs；电阻值为100kΩ时，压摆率约为2V/μs。这种模式可以有效减少电磁干扰。
• 低功耗模式：
  • SN65HVD230：当(R_{S})引脚施加高逻辑电平时，进入低电流待机模式，驱动器关闭，接收器保持活跃。
  • SN65HVD231：当(R_{S})引脚施加高逻辑电平时，进入超低电流睡眠模式，驱动器和接收器均关闭。

3. 电气特性

文档中详细列出了SN65HVD23x在不同条件下的电气特性，包括总线输出电压、差分输出电压、输入电流、短路输出电流、输出电容、电源电流等参数。这些参数为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据。

4. 开关特性

驱动器和接收器的开关特性，如传播延迟时间、脉冲偏斜、上升时间和下降时间等，对于确保数据的准确传输至关重要。SN65HVD23x在这些方面表现出色，能够满足高速数据传输的要求。

四、应用与设计要点

1. 典型应用电路

在典型应用中，主机μP的CAN控制器输出（TXD）连接到收发器的驱动器输入（引脚D），收发器的接收器输出（引脚R）连接到CAN控制器的输入（RXD）。收发器通过CANH和CANL引脚连接到差分总线线路。总线通常是一对具有120Ω特性阻抗的双绞线，每个总线末端都应使用120Ω电阻进行端接，以减少信号反射。

2. 设计要求

• CAN端接：遵循ISO11898标准，使用120Ω电阻对总线两端进行端接，以确保信号的稳定传输。如果需要对总线的共模电压进行滤波和稳定，可以使用分裂端接，即将端接电阻分为两个60Ω电阻，并在中间通过电容接地。
• 环路传播延迟：收发器的环路延迟是衡量整体设备传播延迟的重要指标，它由驱动器输入到差分输出的延迟以及接收器输入到输出的延迟组成。在斜率控制模式下，驱动器输出斜率变慢会导致环路延迟增加，因此需要在总线长度和驱动器输出斜率之间进行权衡。
• 总线负载、长度和节点数量：虽然ISO11898标准规定了最大数据速率、总线长度、支线长度和节点数量，但通过精心设计网络，系统可以支持更长的电缆、更长的支线长度和更多的节点。

3. 详细设计步骤

• 瞬态保护：在CAN应用中，有时需要在系统级提供ESD、突发或浪涌保护。如果设备本身的保护性能不足，可以使用外部瞬态电压抑制器（TVS）来保护收发器。
• TVS选择：TVS由于其低电容、快速响应时间和高峰值功率耗散限制，是CAN总线应用中首选的保护组件。

五、总结与展望

SN65HVD23x系列3.3V CAN总线收发器凭借其丰富的功能、出色的性能和广泛的应用领域，为工程师在设计CAN总线系统时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，我们需要根据具体的需求，合理选择工作模式，精心设计电路，以充分发挥其优势。

随着工业自动化和汽车电子等领域的不断发展，CAN总线的应用将越来越广泛。相信SN65HVD23x系列收发器将在未来的市场中继续发挥重要作用，为推动行业的发展做出贡献。各位工程师在使用过程中，也可以不断探索和创新，挖掘出更多的应用潜力。大家在实际设计中遇到过哪些与CAN总线相关的挑战呢？欢迎在评论区分享交流。