LT3960：I²C到CAN物理层的强大转换器

在电子设计领域，如何在恶劣或嘈杂环境中实现可靠的通信一直是工程师们面临的挑战。今天，我们要介绍一款出色的产品——LT3960，它是一款高速收发器，能够通过CAN物理层将单主I²C总线扩展到恶劣或嘈杂环境中，最高通信速率可达400kbps。

文件下载：LT3960.pdf

产品特性

电气保护与稳定性

• 过压保护：LT3960具备强大的过压保护能力，其I²CAN接口引脚（CANSCLH、CANSCLL、CANSDAH、CANSDAL）可承受±40V的过压线路故障，这使得它在许多工业和汽车应用中能够稳定工作。
• 宽电源范围：支持4V至60V的电源供应范围，并内置3.3V稳压器。同时，它还支持3.3V或5V的总线电压，为不同的应用场景提供了灵活的电源选择。
• 扩展共模范围：接收器具有扩展的共模范围，当工作在5V VCC时为 -36V至36V，工作在3.3V VCC时为 -25V至25V。这种宽共模范围提高了在存在电气噪声或局部接地电位差的环境中的操作可靠性。

通信性能

• 高速通信：支持高达400kbps的I²C通信速率，能够满足大多数应用的高速数据传输需求。
• 双向通信：在数据通道（SDA和CANSDA）上支持双向通信，确保数据的高效传输。

其他特性

• 电流限制与热关断：驱动器具有电流限制功能，并配备热关断保护，可防止芯片在过热时损坏。
• 无毛刺输出：在电源启动和关闭过程中，能够保证输出无毛刺，避免对I²CAN总线造成干扰。
• 传输数据主导超时功能：内置1.5ms（典型值）的定时器，可限制驱动器将I²CAN总线保持在主导状态的时间，提高通信的可靠性。

工作原理

LT3960通过两个集成的CAN收发器，为单端I²C时钟和数据信号创建差分代理，使其能够通过两对双绞线穿越恶劣或嘈杂的环境。每个收发器由发射器和接收器组成，能够快速将单端I²C主导信号转换为差分主导信号，反之亦然。

在最简单的设置中，使用两个LT3960设备。一个连接到I²C主设备（如微控制器），另一个通过两对双绞线连接到第一个设备，并为一个或多个I²C从设备本地再生I²C总线。时钟信号仅从主设备向从设备单向传输，而数据信号则始终允许双向通信。

引脚功能

• CANSDAL（引脚1）和CANSDAH（引脚2）：分别为低电平和高电平CAN总线线路，用于传输I²C数据总线。
• CANSCLH（引脚4）和CANSCLL（引脚5）：分别为高电平和低电平CAN总线线路，用于传输I²C时钟总线。
• GND（引脚3和暴露焊盘）：接地引脚，暴露焊盘必须直接焊接到接地平面。
• VIN（引脚6）：输入电压供应引脚，是LDO的电源输入，需在引脚附近使用1µF滤波电容进行本地旁路。
• EN/MODE（引脚7）：模式/关断引脚，用于选择主模式、从模式或低功耗关断模式。
• VCC（引脚8）：低压差稳压器输出和设备电源输入引脚，需使用2.2µF或更大的电容进行旁路。
• SCL（引脚9）：I²C串行端口的时钟输入或输出引脚，根据EN/MODE引脚的状态确定其功能。
• SDA（引脚10）：I²C串行端口的数据输入和输出引脚。

应用信息

电源电压范围

LT3960可以使用或不使用其内部LDO。将VIN连接到VCC并直接从3.3V或5V电源供电将绕过LDO。使用5V电源时，发射器共模电压和接收器共模输入范围会增加，但在3.6V至4.5V的电源下操作不推荐，因为在此切换点内部电压存在不连续性。当使用内部LDO生成3.3V总线电源时，允许4V至60V的任何VIN电源电压。

主模式和从模式配置

• 主模式：连接到I²C主设备的LT3960必须工作在主模式，EN/MODE引脚驱动电压应大于2.5V。建议将VCC连接到VIN，并由3.3V或5V的总线电压驱动。
• 从模式：连接到I²C从设备的LT3960必须工作在从模式，EN/MODE引脚电压应在0.7V至2V之间。通常，将EN/MODE引脚浮空即可使LT3960进入从模式。

与标准CAN收发器的区别

需要注意的是，虽然LT3960使用CAN物理层进行双向I²C数据传输，但它创建的CANSCL和CANSDA总线不是传统的CAN总线，不能与标准CAN收发器在多节点配置中共享。

故障保护与性能优化

• ±40V故障保护：LT3960在I²CAN接口引脚上提供±40V的故障保护，即使在VCC开路或短路到地的情况下也能保护设备。
• I²CAN总线终端：I²CAN总线必须在每对双绞线的末端使用120Ω电阻进行终端匹配。采用分裂终端技术可以减少共模电压扰动，降低电磁辐射。
• 多节点应用：LT3960可用于多节点设置，通过多个从模式LT3960在I²CAN总线沿线的多个PCB上生成多个本地I²C总线。但在设计时需要注意短截线长度应小于0.3m，且CANSDA和CANSCL总线的短截线长度应尽量接近。

最大数据传输速率

在LT3960应用中，成功的通信依赖于I²C从设备在接收到数据字节后及时进行确认（ACK）。为了确保在所需的传输速率下I²C主设备能够接收到从设备的ACK，需要满足一定的条件。建议使用Fast-mode Plus（1MHz）设备代替Fast-mode（400kHz）设备，以提高数据传输速率和通信距离。

总结

LT3960是一款功能强大的I²C到CAN物理层转换器，具有出色的电气保护、高速通信和灵活的配置选项。它适用于工业网络、汽车网络和远程传感器等多种应用场景。在设计使用LT3960的系统时，工程师需要根据具体应用需求合理选择电源配置、模式设置和总线终端方式，以确保系统的可靠性和性能。你在实际应用中是否遇到过类似的通信挑战？你认为LT3960在哪些方面还可以进一步优化？欢迎在评论区分享你的看法。