CAN隔离收发器各项参数及其应用意义

CAN收发器是连接CAN控制系统与CAN总线网络的桥梁，当选型CAN收发器时应该注意哪些参数？本文将带大家深入的了解收发器的每项参数与其在实际应用中的意义。

1.输入特性

对于隔离CAN收发器，输入主要指连接CAN控制器一侧的输入特性，包含电源输入与信号输入。

根据控制器的CAN接口电压可选择3.3V或5V供电的CAN模块，隔离CAN模块正常输入范围为VCC±5%，主要考虑CAN总线电平能保持在典型值范围内，同时也使次级的CAN芯片工作在标称电源电压附近。

对于单独的CAN收发芯片，需要对芯片的VIO引脚接入与TXD信号电平相同的参考电压，以匹配信号电平，若没有VIO引脚，则应保持信号电平与VCC保持一致。使用CTM系列隔离收发器时需要匹配TXD的信号电平与供电电压一致，即3.3V标准CAN控制器接口或5V标准CAN控制器接口。

2.传输特性

CAN收发器的传输特性主要为三个参数：发送延迟、接收延迟、循环延迟。

选择CAN收发器时我们认为其延迟参数越小越好，但小的传输延迟会带来什么好处，是什么因素限定了CAN网络的传输延迟？

图 1  CAN收发器延迟特性

在CAN协议中，发送节点通过TXD发送数据的同时，RXD也在监测总线状态。若RXD监位与发送位不一致，则节点检测到一个位错误。若在仲裁场监测到的与实际发送不符，则节点停止发送，即总线上有多个节点同时发送数据，该节点没有获得数据发送优先权。同样在数据校验和ACK响应位，均需要RXD实时获取到总线的数据状态。比如网络正常通讯中，排除节点异常，为了可靠接收到ACK响应，就要保证ACK位在一定的时间内传输到控制器的RXD寄存器中，否则发送节点将检测到一个应答错误。在1Mbps下设定采样位置为70%。则从TXD发送，到RXD接收到ACK位，控制器会在ACK位时间起始的70%时间点采样，即整个CAN网络的循环延迟要小于700ns。在隔离CAN网络中，这个参数主要由隔离器延迟，CAN驱动器延迟，线缆长度决定。因此小的延迟时间有助于ACK位的可靠采样， 增长总线长度。如图 2为使用CTM1051KAT收发器两个节点通讯的ACK响应。收发器固有的典型延迟时间约为120ns。

图 2  CAN网络ACK响应

3.总线电平

在ISO11898-2规定的高速CAN网络中，通常我们关心差分信号的幅值，这是总线数据传输的关键。目前有少数支持3.3V供电的CAN收发芯片，可直接应用于3.3V的控制系统中。由于CAN收发器的结构特性，CANH、CANL电平与电源相关，虽然5V与3.3V工作电压的CAN收发器输出差分电平典型值相同，但3.3V收发器CANH、CANL相对于参考GND的幅值偏低，为2V左右，如TI的TCAN334。使用这两种不同收发器组网，使用一般双绞线或屏蔽双绞线单点接地则完全可正常工作。若使用双层屏蔽双绞线，由于CANH、CANL、GND均为信号连接，则会因为两种收发器的总线电压对地幅值不同会造成通信异常。因此实际使用要避免其GND直接连接。

图 3  收发器总线电平

4.显性超时

显性超时的增加主要是为了防止CAN总线网络由于硬件或软件故障使得TXD长期处于“0”电平状态。TXD保持“0”意味着CAN网络为显性电平，整个网络的所有节点都不能收发数据，即总线处于瘫痪状态。显性超时可以通过收发器的硬件计时避免总线出现这种情况。如图 4所示，Tdom为显性超时时长，每次TXD为“0”时收发器开始计时，超过Tdom时收发器内部释放总线，总线状态处于隐性电平。不同收发器的显性超时时间不同，实际应用需要考虑显性超时时间对总线最低波特率的影响。CAN协议规定错误帧最多可以有11个连续的显性位，为了避免显性超时不对其造成影响，可以根据收发器的最小显性超时时间计算实际使用的最低波特率。BPSMin = 11/Tdom_min。如CTM1051Q的显性超时时间为0.3ms，则计算最小波特率为11/0.3=36.67kbps。

图 4  显性超时时序

5.睡眠唤醒

ISO11898-5给出了低功耗模式的高速CAN总线单元，CAN收发器可以处于睡眠模式以降低功耗，并通过一定的总线时序唤醒收发器。如图 5为CTM1044KAT的唤醒时序图，睡眠状态下，当总线出现长度大于TWK的3个显性、隐性、显性的电平后，睡眠状态的收发器即被唤醒，中途遇到的任何小于TWK的干扰信号电平将被硬件过滤。TWK的定义是为了使收发器仅安全可靠地接收唤醒信号，避免由于总线干扰导致误触发。CAN控制器收到RXD信号后，可通过软件设置触发唤醒控制器，从而进一步设置模块STB引脚进入正常工作模式。这种唤醒模式中，当总线的所有节点都处于睡眠状态时，只要总线某个节点发出信号，所有节点都会被唤醒。

图 5  睡眠唤醒时序

6.总结

CAN收发器的选型有很多的学问，关系到整体CAN网络的稳定性与可靠性。为保证组网网络的稳定可靠，可以选择目前主流的全隔离CAN收发器模块。致远电子2003年发布国内首款隔离CAN/RS-485收发器，已有近二十年的总线隔离技术积累。目前CTM系列隔离CAN收发器覆盖CAN2.0A、CAN2.0B、容错CAN和CAN FD等所有CAN-bus通讯协议，传输速率最高支持1Mbps，是中国隔离CAN收发器行业领导品牌。致远电子隔离收发器内置完整的隔离DC-DC电路、信号隔离电路、CAN总线收发电路以及总线防护电路，具备更高的集成度与可靠性，适用于需要高稳定性总线通讯的场合，能够有效帮助用户提升总线通信防护等级。