CAN隔離收發(fā)器各項參數(shù)及其應(yīng)用意義

CAN收發(fā)器是連接CAN控制系統(tǒng)與CAN總線網(wǎng)絡(luò)的橋梁，當選型CAN收發(fā)器時應(yīng)該注意哪些參數(shù)?本文將帶大家深入的了解收發(fā)器的每項參數(shù)與其在實際應(yīng)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(cè)的輸入特性，包含電源輸入與信號輸入。

根據(jù)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總線電平能保持在典型值范圍內(nèi)，同時也使次級的CAN芯片工作在標稱電源電壓附近。

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，若沒有VIO引腳，則應(yīng)保持信號電平與VCC保持一致。使用CTM系列隔離收發(fā)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(fā)器的傳輸特性主要為三個參數(shù)：發(fā)送延遲、接收延遲、循環(huán)延遲。

選擇CAN收發(fā)器時我們認為其延遲參數(shù)越小越好，但小的傳輸延遲會帶來什么好處，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(jié)點通過TXD發(fā)送數(shù)據(jù)的同時，RXD也在監(jiān)測總線狀態(tài)。若RXD監(jiān)位與發(fā)送位不一致，則節(jié)點檢測到一個位錯誤。若在仲裁場監(jiān)測到的與實際發(fā)送不符，則節(jié)點停止發(fā)送，即總線上有多個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)，該節(jié)點沒有獲得數(shù)據(jù)發(fā)送優(yōu)先權(quán)。同樣在數(shù)據(jù)校驗和ACK響應(yīng)位，均需要RXD實時獲取到總線的數(shù)據(jù)狀態(tài)。比如網(wǎng)絡(luò)正常通訊中，排除節(jié)點異常，為了可靠接收到ACK響應(yīng)，就要保證ACK位在一定的時間內(nèi)傳輸?shù)娇刂破鞯腞XD寄存器中，否則發(fā)送節(jié)點將檢測到一個應(yīng)答錯誤。在1Mbps下設(shè)定采樣位置為70%。則從TXD發(fā)送，到RXD接收到ACK位，控制器會在ACK位時間起始的70%時間點采樣，即整個CAN網(wǎng)絡(luò)的循環(huán)延遲要小于700ns。在隔離CAN網(wǎng)絡(luò)中，這個參數(shù)主要由隔離器延遲，CAN驅(qū)動器延遲，線纜長度決定。因此小的延遲時間有助于ACK位的可靠采樣， 增長總線長度。如圖 2為使用CTM1051KAT收發(fā)器兩個節(jié)點通訊的ACK響應(yīng)。收發(fā)器固有的典型延遲時間約為120ns。

圖 2 CAN網(wǎng)絡(luò)ACK響應(yīng)

3.總線電平

在ISO11898-2規(guī)定的高速CAN網(wǎng)絡(luò)中，通常我們關(guān)心差分信號的幅值，這是總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵。目前有少數(shù)支持3.3V供電的CAN收發(fā)芯片，可直接應(yīng)用于3.3V的控制系統(tǒng)中。由于CAN收發(fā)器的結(jié)構(gòu)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，由于CANH、CANL、GND均為信號連接，則會因為兩種收發(fā)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(fā)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(wǎng)絡(luò)由于硬件或軟件故障使得TXD長期處于“0”電平狀態(tài)。TXD保持“0”意味著CAN網(wǎng)絡(luò)為顯性電平，整個網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點都不能收發(fā)數(shù)據(jù)，即總線處于癱瘓狀態(tài)。顯性超時可以通過收發(fā)器的硬件計時避免總線出現(xiàn)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(fā)器開始計時，超過Tdom時收發(fā)器內(nèi)部釋放總線，總線狀態(tài)處于隱性電平。不同收發(fā)器的顯性超時時間不同，實際應(yīng)用需要考慮顯性超時時間對總線最低波特率的影響。CAN協(xié)議規(guī)定錯誤幀最多可以有11個連續(xù)的顯性位，為了避免顯性超時不對其造成影響，可以根據(jù)收發(fā)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(fā)器可以處于睡眠模式以降低功耗，并通過一定的總線時序喚醒收發(fā)器。如圖 5為CTM1044KAT的喚醒時序圖，睡眠狀態(tài)下，當總線出現(xiàn)長度大于TWK的3個顯性、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，避免由于總線干擾導致誤觸發(fā)。CAN控制器收到RXD信號后，可通過軟件設(shè)置觸發(fā)喚醒控制器，從而進一步設(shè)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(jié)點都處于睡眠狀態(tài)時，只要總線某個節(jié)點發(fā)出信號，所有節(jié)點都會被喚醒。

圖 5 睡眠喚醒時序

6.總結(jié)

CAN收發(fā)器的選型有很多的學問，關(guān)系到整體CAN網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與可靠性。為保證組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)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(nèi)首款隔離CAN/RS-485收發(fā)器，已有近二十年的總線隔離技術(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(nèi)置完整的隔離DC-DC電路、信號隔離電路、CAN總線收發(fā)電路以及總線防護電路，具備更高的集成度與可靠性，適用于需要高穩(wěn)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。