SN55HVD233-SEP：航天級(jí)CAN收發(fā)器的卓越之選

在電子工程師的設(shè)計(jì)世界里，選擇一款合適的收發(fā)器至關(guān)重要，尤其是在面對(duì)嚴(yán)苛的輻射環(huán)境時(shí)。今天，我們就來(lái)深入了解一下德州儀器（TI）的SN55HVD233-SEP 3.3V耐輻射CAN收發(fā)器，看看它是如何在復(fù)雜環(huán)境中脫穎而出的。

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一、器件概述

SN55HVD233-SEP專(zhuān)為采用符合ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)的控制器局域網(wǎng)（CAN）串行通信物理層的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。作為CAN收發(fā)器，它在差分CAN總線和CAN控制器之間提供傳輸和接收能力，信令速度高達(dá)1Mbps。該器件專(zhuān)門(mén)用于非常嚴(yán)苛的輻射環(huán)境，具有交叉線保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、±16V接地失效保護(hù)和過(guò)熱（熱關(guān)斷）保護(hù)功能，可在–7V至12V的寬共模范圍內(nèi)運(yùn)行。

二、特性亮點(diǎn)

（一）輻射耐受性強(qiáng)

• 單粒子鎖定（SEL）抗擾度：在125°C下的抗擾度可達(dá)$43 MeV - cm^{2} / mg$，這意味著它在輻射環(huán)境中能保持穩(wěn)定的性能，減少單粒子事件對(duì)器件的影響。
• 總電離劑量（TID）：每個(gè)晶圓批次的RLAT總電離劑量（TID）高達(dá)20krad(Si)，在高達(dá)30krad(Si)的條件下無(wú)ELDRS，確保了器件在輻射環(huán)境下的長(zhǎng)期可靠性。

（二）增強(qiáng)型航天塑料封裝

• 受控基線：保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。
• 金線連接：提供了良好的電氣性能和可靠性。
• NiPdAu鉛涂層：增強(qiáng)了引腳的耐腐蝕性。
• 同一組裝和測(cè)試場(chǎng)所：便于質(zhì)量控制和追溯。
• 同一制造場(chǎng)所：進(jìn)一步確保了產(chǎn)品的質(zhì)量和一致性。

（三）寬溫度范圍和長(zhǎng)生命周期

• 支持軍用溫度范圍：可在–55°C至125°C的溫度范圍內(nèi)正常工作，適用于各種惡劣的環(huán)境條件。
• 延長(zhǎng)的產(chǎn)品生命周期：減少了產(chǎn)品更換和升級(jí)的頻率，降低了成本。
• 延長(zhǎng)的產(chǎn)品變更通知：讓工程師有足夠的時(shí)間應(yīng)對(duì)產(chǎn)品變更，避免設(shè)計(jì)上的風(fēng)險(xiǎn)。

（四）其他特性

• 簡(jiǎn)化原理圖：符合ISO 11898 - 2標(biāo)準(zhǔn)，總線引腳故障保護(hù)大于±16V，總線引腳ESD保護(hù)大于±14kV HBM，提高了器件的安全性和可靠性。
• 低釋氣：采用增強(qiáng)型模具化合物實(shí)現(xiàn)低釋氣，適用于對(duì)氣體釋放有嚴(yán)格要求的應(yīng)用。

三、引腳配置和功能

四、電氣特性

（一）絕對(duì)最大額定值

（二）ESD額定值

靜電放電（ESD）是電子器件面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。SN55HVD233-SEP具有良好的ESD防護(hù)能力，其CANH、CANL和GND引腳的HBM ESD額定值為+14000V，其他引腳為+4000V，所有引腳的CDM ESD額定值為+500V。

（三）推薦工作條件

（四）熱信息

五、工作模式

（一）RS引腳模式選擇

SN55HVD233-SEP的RS引腳（引腳8）具有三種運(yùn)行模式：高速、斜率控制或低功耗待機(jī)模式。

• 高速模式：將引腳8直接接地，驅(qū)動(dòng)器輸出晶體管將盡快開(kāi)啟和關(guān)閉，無(wú)上升和下降斜率限制，適用于對(duì)信號(hào)傳輸速度要求較高的應(yīng)用。
• 斜率控制模式：在引腳8連接接地的電阻器以調(diào)節(jié)上升和下降斜率。斜率控制可通過(guò)0Ω電阻器值進(jìn)行，以實(shí)現(xiàn)約38V/μs的單端壓擺率，所使用的電阻器值最高可達(dá)50kΩ，以實(shí)現(xiàn)約4V/μs的壓擺率。這種模式可以有效減少電磁干擾（EMI），適用于對(duì)EMI敏感的應(yīng)用。
• 低功耗待機(jī)模式：對(duì)引腳8施加高邏輯電平，SN55HVD233-SEP會(huì)進(jìn)入低電流待機(jī)（僅監(jiān)聽(tīng)）模式，在此模式下，驅(qū)動(dòng)器將關(guān)斷并且接收器保持活動(dòng)狀態(tài)，可降低功耗。

（二）環(huán)回模式

當(dāng)SN55HVD233-SEP的環(huán)回LBK引腳（引腳5）具有邏輯高電平時(shí)，會(huì)將總線輸出和總線輸入置于高阻抗?fàn)顟B(tài)，其余電路將保持工作狀態(tài)，可用于驅(qū)動(dòng)器到接收器的回送和自診斷節(jié)點(diǎn)功能，且不會(huì)干擾總線。這種模式對(duì)于系統(tǒng)的調(diào)試和故障診斷非常有用。

（三）CAN總線狀態(tài)

在器件供電運(yùn)行期間，CAN總線具有兩種狀態(tài)：顯性和隱性。

• 顯性狀態(tài)：總線采用差分驅(qū)動(dòng)方式，D和R引腳相應(yīng)地置為邏輯低電平。
• 隱性狀態(tài)：總線通過(guò)接收器的高電阻內(nèi)部輸入電阻器$R{IN}$偏置為$V{CC} / 2$，D和R引腳相應(yīng)地偏置為邏輯高電平。

六、應(yīng)用與設(shè)計(jì)

（一）應(yīng)用場(chǎng)景

SN55HVD233-SEP適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，特別是衛(wèi)星應(yīng)用。它可作為微處理器、FPGA或ASIC的主機(jī)CAN控制器與差分CAN總線之間的接口，支持近地軌道空間應(yīng)用、空間數(shù)據(jù)總線通信和控制、機(jī)載數(shù)據(jù)處理的衛(wèi)星遙測(cè)和遙控等。

（二）典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

1. 設(shè)計(jì)要求

在進(jìn)行CAN總線設(shè)計(jì)時(shí)，需要遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)和要求。High - Speed ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了最大信令速率為1Mbps，最大總線長(zhǎng)度為40m，最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為30，最大未端接短截線長(zhǎng)度為0.3m。電纜應(yīng)采用屏蔽或非屏蔽雙絞線，特性阻抗為120Ω，總線兩端應(yīng)使用120Ω電阻進(jìn)行端接，以防止信號(hào)反射。

2. 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

• 總線長(zhǎng)度與信令速率的關(guān)系：總線長(zhǎng)度和信令速率之間存在一定的關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，總線長(zhǎng)度越長(zhǎng)，信令速率越低。例如，40m的總線長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的信令速率為1Mbps，100m對(duì)應(yīng)的信令速率為0.5Mbps，200m對(duì)應(yīng)的信令速率為0.25Mbps，500m對(duì)應(yīng)的信令速率為0.1Mbps，1000m對(duì)應(yīng)的信令速率為0.05Mbps。
• 斜率控制：通過(guò)在RS引腳（引腳8）連接接地的電阻器，可以調(diào)節(jié)SN55HVD233-SEP驅(qū)動(dòng)器輸出的上升和下降斜率。斜率控制可以有效減少EMI，提高信號(hào)質(zhì)量。
• 待機(jī)模式：當(dāng)對(duì)RS引腳施加高電平輸入（>0.75 $V_{CC}$）時(shí)，電路進(jìn)入低電流、僅監(jiān)聽(tīng)的待機(jī)模式，驅(qū)動(dòng)器關(guān)斷，接收器保持活動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)總線上出現(xiàn)顯性狀態(tài)的上升沿（總線差分電壓>900mV典型值）時(shí)，本地控制器可以將電路從低功耗待機(jī)模式中喚醒。

（三）布局建議

1. 布局準(zhǔn)則

• 最小化短截線長(zhǎng)度：從節(jié)點(diǎn)插入到總線的短截線長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，以減少信號(hào)反射和干擾。
• 總線負(fù)載、長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)數(shù)：ISO11898標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了數(shù)據(jù)速率、總線長(zhǎng)度、短截線長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)數(shù)的最大值，但通過(guò)精心的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，可以延長(zhǎng)電纜長(zhǎng)度、增加短截線長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)數(shù)。SN55HVD233-SEP具有高輸入阻抗和寬共模范圍，支持在單個(gè)總線段上連接多達(dá)120個(gè)收發(fā)器。
• CAN端接：使用與電纜特性阻抗相等的電阻對(duì)總線兩端進(jìn)行端接，以防止信號(hào)反射。應(yīng)盡量減少未端接的短截線長(zhǎng)度，以降低信號(hào)反射的影響。

2. 布局示例

文檔中提供了一個(gè)典型的電路板布局示例，展示了如何合理布置器件和布線，以確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。

七、總結(jié)

SN55HVD233-SEP作為一款專(zhuān)為嚴(yán)苛輻射環(huán)境設(shè)計(jì)的CAN收發(fā)器，具有出色的輻射耐受性、多種保護(hù)功能和靈活的工作模式。它的高輸入阻抗和寬共模范圍使其適用于多種CAN總線應(yīng)用場(chǎng)景，特別是在衛(wèi)星等航天領(lǐng)域。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，工程師需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的工作模式和參數(shù)，遵循布局準(zhǔn)則，以確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。希望本文能為電子工程師在使用SN55HVD233-SEP進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供一些有用的參考。你在使用類(lèi)似收發(fā)器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。