CAN隔離收發(fā)器各項參數及其應用意義

　　CAN收發(fā)器是連接CAN控制系統與CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的橋梁，當選型CAN收發(fā)器時(shí)應該注意哪些參數?本文將帶大家深入的了解收發(fā)器的每項參數與其在實(shí)際應用中的意義。

　　1.輸入特性

　　對于隔離CAN收發(fā)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模塊正常輸入范圍為VCC±5%，主要考慮CAN總線(xiàn)電平能保持在典型值范圍內，同時(shí)也使次級的CAN芯片工作在標稱(chēng)電源電壓附近。

　　對于單獨的CAN收發(fā)芯片，需要對芯片的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(méi)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(fā)器時(shí)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(fā)器的傳輸特性主要為三個(gè)參數：發(fā)送延遲、接收延遲、循環(huán)延遲。

　　選擇CAN收發(fā)器時(shí)我們認為其延遲參數越小越好，但小的傳輸延遲會(huì )帶來(lái)什么好處，是什么因素限定了CAN網(wǎng)絡(luò )的傳輸延遲?

圖 1 CAN收發(fā)器延遲特性

　　在CAN協(xié)議中，發(fā)送節點(diǎn)通過(guò)TXD發(fā)送數據的同時(shí)，RXD也在監測總線(xiàn)狀態(tài)。若RXD監位與發(fā)送位不一致，則節點(diǎn)檢測到一個(gè)位錯誤。若在仲裁場(chǎng)監測到的與實(shí)際發(fā)送不符，則節點(diǎn)停止發(fā)送，即總線(xiàn)上有多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數據，該節點(diǎn)沒(méi)有獲得數據發(fā)送優(yōu)先權。同樣在數據校驗和ACK響應位，均需要RXD實(shí)時(shí)獲取到總線(xiàn)的數據狀態(tài)。比如網(wǎng)絡(luò )正常通訊中，排除節點(diǎn)異常，為了可靠接收到ACK響應，就要保證ACK位在一定的時(shí)間內傳輸到控制器的RXD寄存器中，否則發(fā)送節點(diǎn)將檢測到一個(gè)應答錯誤。在1Mbps下設定采樣位置為70%。則從TXD發(fā)送，到RXD接收到ACK位，控制器會(huì )在A(yíng)CK位時(shí)間起始的70%時(shí)間點(diǎn)采樣，即整個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò )的循環(huán)延遲要小于700ns。在隔離CAN網(wǎng)絡(luò )中，這個(gè)參數主要由隔離器延遲，CAN驅動(dòng)器延遲，線(xiàn)纜長(cháng)度決定。因此小的延遲時(shí)間有助于A(yíng)CK位的可靠采樣， 增長(cháng)總線(xiàn)長(cháng)度。如圖 2為使用CTM1051KAT收發(fā)器兩個(gè)節點(diǎn)通訊的ACK響應。收發(fā)器固有的典型延遲時(shí)間約為120ns。

　　圖 2 CAN網(wǎng)絡(luò )ACK響應

　　3.總線(xiàn)電平

　　在ISO11898-2規定的高速CAN網(wǎng)絡(luò )中，通常我們關(guān)心差分信號的幅值，這是總線(xiàn)數據傳輸的關(guān)鍵。目前有少數支持3.3V供電的CAN收發(fā)芯片，可直接應用于3.3V的控制系統中。由于CAN收發(fā)器的結構特性，CANH、CANL電平與電源相關(guān)，雖然5V與3.3V工作電壓的CAN收發(fā)器輸出差分電平典型值相同，但3.3V收發(fā)器CANH、CANL相對于參考GND的幅值偏低，為2V左右，如TI的TCAN334。使用這兩種不同收發(fā)器組網(wǎng)，使用一般雙絞線(xiàn)或屏蔽雙絞線(xiàn)單點(diǎn)接地則完全可正常工作。若使用雙層屏蔽雙絞線(xiàn)，由于CANH、CANL、GND均為信號連接，則會(huì )因為兩種收發(fā)器的總線(xiàn)電壓對地幅值不同會(huì )造成通信異常。因此實(shí)際使用要避免其GND直接連接。

　　圖 3 收發(fā)器總線(xiàn)電平

　　4.顯性超時(shí)

　　顯性超時(shí)的增加主要是為了防止CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )由于硬件或軟件故障使得TXD長(cháng)期處于“0”電平狀態(tài)。TXD保持“0”意味著(zhù)CAN網(wǎng)絡(luò )為顯性電平，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的所有節點(diǎn)都不能收發(fā)數據，即總線(xiàn)處于癱瘓狀態(tài)。顯性超時(shí)可以通過(guò)收發(fā)器的硬件計時(shí)避免總線(xiàn)出現這種情況。如圖 4所示，Tdom為顯性超時(shí)時(shí)長(cháng)，每次TXD為“0”時(shí)收發(fā)器開(kāi)始計時(shí)，超過(guò)Tdom時(shí)收發(fā)器內部釋放總線(xiàn)，總線(xiàn)狀態(tài)處于隱性電平。不同收發(fā)器的顯性超時(shí)時(shí)間不同，實(shí)際應用需要考慮顯性超時(shí)時(shí)間對總線(xiàn)最低波特率的影響。CAN協(xié)議規定錯誤幀最多可以有11個(gè)連續的顯性位，為了避免顯性超時(shí)不對其造成影響，可以根據收發(fā)器的最小顯性超時(shí)時(shí)間計算實(shí)際使用的最低波特率。BPSMin = 11/Tdom_min。如CTM1051Q的顯性超時(shí)時(shí)間為0.3ms，則計算最小波特率為11/0.3=36.67kbps。

　　圖 4 顯性超時(shí)時(shí)序

　　5.睡眠喚醒

　　ISO11898-5給出了低功耗模式的高速CAN總線(xiàn)單元，CAN收發(fā)器可以處于睡眠模式以降低功耗，并通過(guò)一定的總線(xiàn)時(shí)序喚醒收發(fā)器。如圖 5為CTM1044KAT的喚醒時(shí)序圖，睡眠狀態(tài)下，當總線(xiàn)出現長(cháng)度大于TWK的3個(gè)顯性、隱性、顯性的電平后，睡眠狀態(tài)的收發(fā)器即被喚醒，中途遇到的任何小于TWK的干擾信號電平將被硬件過(guò)濾。TWK的定義是為了使收發(fā)器僅安全可靠地接收喚醒信號，避免由于總線(xiàn)干擾導致誤觸發(fā)。CAN控制器收到RXD信號后，可通過(guò)軟件設置觸發(fā)喚醒控制器，從而進(jìn)一步設置模塊STB引腳進(jìn)入正常工作模式。這種喚醒模式中，當總線(xiàn)的所有節點(diǎn)都處于睡眠狀態(tài)時(shí)，只要總線(xiàn)某個(gè)節點(diǎn)發(fā)出信號，所有節點(diǎn)都會(huì )被喚醒。

　　圖 5 睡眠喚醒時(shí)序

　　6.總結

　　CAN收發(fā)器的選型有很多的學(xué)問(wèn)，關(guān)系到整體CAN網(wǎng)絡(luò )的穩定性與可靠性。為保證組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的穩定可靠，可以選擇目前主流的全隔離CAN收發(fā)器模塊。致遠電子2003年發(fā)布國內首款隔離CAN/RS-485收發(fā)器，已有近二十年的總線(xiàn)隔離技術(shù)積累。目前CTM系列隔離CAN收發(fā)器覆蓋CAN2.0A、CAN2.0B、容錯CAN和CAN FD等所有CAN-bus通訊協(xié)議，傳輸速率最高支持1Mbps，是中國隔離CAN收發(fā)器行業(yè)領(lǐng)導品牌。致遠電子隔離收發(fā)器內置完整的隔離DC-DC電路、信號隔離電路、CAN總線(xiàn)收發(fā)電路以及總線(xiàn)防護電路，具備更高的集成度與可靠性，適用于需要高穩定性總線(xiàn)通訊的場(chǎng)合，能夠有效幫助用戶(hù)提升總線(xiàn)通信防護等級。