CAN隔離收發器各項參數及其應用意義

　　CAN收發器是連接CAN控制系統與CAN總線網絡的橋梁，當選型CAN收發器時應該注意哪些參數?本文將帶大家深入的了解收發器的每項參數與其在實際應用中的意義。

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　　1.輸入特性

　　對於隔離CAN收發器，輸入主要指連接CAN控制器一側的輸入特性，包含電源輸入與信號輸入。

　　根據控制器的CAN接口電壓可選擇3.3V或5V供電的CAN模塊，隔離CAN模塊正常輸入範圍為VCC±5%，主要考慮CAN總線電平能保持在典型值範圍內，同時也使次級的CAN晶片工作在標稱電源電壓附近。

　　對於單獨的CAN收發晶片，需要對晶片的VIO引腳接入與TXD信號電平相同的參考電壓，以匹配信號電平，若沒有VIO引腳，則應保持信號電平與VCC保持一致。使用CTM系列隔離收發器時需要匹配TXD的信號電平與供電電壓一致，即3.3V標準CAN控制器接口或5V標準CAN控制器接口。

　　

　　2.傳輸特性

　　CAN收發器的傳輸特性主要為三個參數：發送延遲、接收延遲、循環延遲。

　　選擇CAN收發器時我們認為其延遲參數越小越好，但小的傳輸延遲會帶來什麼好處，是什麼因素限定了CAN網絡的傳輸延遲?

　　

圖 1 CAN收發器延遲特性

　　在CAN協議中，發送節點通過TXD發送數據的同時，RXD也在監測總線狀態。若RXD監位與發送位不一致，則節點檢測到一個位錯誤。若在仲裁場監測到的與實際發送不符，則節點停止發送，即總線上有多個節點同時發送數據，該節點沒有獲得數據發送優先權。同樣在數據校驗和ACK響應位，均需要RXD實時獲取到總線的數據狀態。比如網絡正常通訊中，排除節點異常，為了可靠接收到ACK響應，就要保證ACK位在一定的時間內傳輸到控制器的RXD寄存器中，否則發送節點將檢測到一個應答錯誤。在1Mbps下設定採樣位置為70%。則從TXD發送，到RXD接收到ACK位，控制器會在ACK位時間起始的70%時間點採樣，即整個CAN網絡的循環延遲要小於700ns。在隔離CAN網絡中，這個參數主要由隔離器延遲，CAN驅動器延遲，線纜長度決定。因此小的延遲時間有助於ACK位的可靠採樣， 增長總線長度。如圖 2為使用CTM1051KAT收發器兩個節點通訊的ACK響應。收發器固有的典型延遲時間約為120ns。

　　

　　圖 2 CAN網絡ACK響應

　　3.總線電平

　　在ISO11898-2規定的高速CAN網絡中，通常我們關心差分信號的幅值，這是總線數據傳輸的關鍵。目前有少數支持3.3V供電的CAN收發晶片，可直接應用於3.3V的控制系統中。由於CAN收發器的結構特性，CANH、CANL電平與電源相關，雖然5V與3.3V工作電壓的CAN收發器輸出差分電平典型值相同，但3.3V收發器CANH、CANL相對於參考GND的幅值偏低，為2V左右，如TI的TCAN334。使用這兩種不同收發器組網，使用一般雙絞線或屏蔽雙絞線單點接地則完全可正常工作。若使用雙層屏蔽雙絞線，由於CANH、CANL、GND均為信號連接，則會因為兩種收發器的總線電壓對地幅值不同會造成通信異常。因此實際使用要避免其GND直接連接。

　　

　　圖 3 收發器總線電平

　　4.顯性超時

　　顯性超時的增加主要是為了防止CAN總線網絡由於硬體或軟體故障使得TXD長期處於「0」電平狀態。TXD保持「0」意味著CAN網絡為顯性電平，整個網絡的所有節點都不能收發數據，即總線處於癱瘓狀態。顯性超時可以通過收發器的硬體計時避免總線出現這種情況。如圖 4所示，Tdom為顯性超時時長，每次TXD為「0」時收發器開始計時，超過Tdom時收發器內部釋放總線，總線狀態處於隱性電平。不同收發器的顯性超時時間不同，實際應用需要考慮顯性超時時間對總線最低波特率的影響。CAN協議規定錯誤幀最多可以有11個連續的顯性位，為了避免顯性超時不對其造成影響，可以根據收發器的最小顯性超時時間計算實際使用的最低波特率。BPSMin = 11/Tdom_min。如CTM1051Q的顯性超時時間為0.3ms，則計算最小波特率為11/0.3=36.67kbps。

　　

　　圖 4 顯性超時時序

　　5.睡眠喚醒

　　ISO11898-5給出了低功耗模式的高速CAN總線單元，CAN收發器可以處於睡眠模式以降低功耗，並通過一定的總線時序喚醒收發器。如圖 5為CTM1044KAT的喚醒時序圖，睡眠狀態下，當總線出現長度大於TWK的3個顯性、隱性、顯性的電平後，睡眠狀態的收發器即被喚醒，中途遇到的任何小於TWK的幹擾信號電平將被硬體過濾。TWK的定義是為了使收發器僅安全可靠地接收喚醒信號，避免由於總線幹擾導致誤觸發。CAN控制器收到RXD信號後，可通過軟體設置觸發喚醒控制器，從而進一步設置模塊STB引腳進入正常工作模式。這種喚醒模式中，當總線的所有節點都處於睡眠狀態時，只要總線某個節點發出信號，所有節點都會被喚醒。

　　

　　圖 5 睡眠喚醒時序

　　6.總結

　　CAN收發器的選型有很多的學問，關係到整體CAN網絡的穩定性與可靠性。為保證組網網絡的穩定可靠，可以選擇目前主流的全隔離CAN收發器模塊。致遠電子2003年發布國內首款隔離CAN/RS-485收發器，已有近二十年的總線隔離技術積累。目前CTM系列隔離CAN收發器覆蓋CAN2.0A、CAN2.0B、容錯CAN和CAN FD等所有CAN-bus通訊協議，傳輸速率最高支持1Mbps，是中國隔離CAN收發器行業領導品牌。致遠電子隔離收發器內置完整的隔離DC-DC電路、信號隔離電路、CAN總線收發電路以及總線防護電路，具備更高的集成度與可靠性，適用於需要高穩定性總線通訊的場合，能夠有效幫助用戶提升總線通信防護等級。