SN65HVD25x Turbo CAN 收發(fā)器：高速數(shù)據(jù)傳輸與可靠網(wǎng)絡(luò)的理想選擇

引言

在當(dāng)今的電子系統(tǒng)中，CAN（Controller Area Network）總線以其高可靠性和實(shí)時(shí)性在工業(yè)自動(dòng)化、汽車電子等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。而對(duì)于需要更高數(shù)據(jù)速率和大型網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景，TI 推出的 SN65HVD25x 系列 Turbo CAN 收發(fā)器無疑是一個(gè)出色的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款收發(fā)器的特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文件下載：SN65HVD257D.pdf

產(chǎn)品概述

SN65HVD25x 系列包括 SN65HVD255、SN65HVD256 和 SN65HVD257 三款產(chǎn)品，它們均符合 ISO11898 - 2 Turbo CAN 標(biāo)準(zhǔn)，專為高速 CAN 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)超過 1 Mbps 的數(shù)據(jù)速率，尤其適用于短網(wǎng)絡(luò)和長且高負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。該系列產(chǎn)品采用 8 引腳 SOIC 封裝，尺寸為 4.90 mm × 3.91 mm，具有多種保護(hù)功能，可增強(qiáng)設(shè)備和 CAN 網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。

產(chǎn)品特性

高速數(shù)據(jù)傳輸與出色時(shí)序

SN65HVD25x 滿足 ISO11898 - 2 Turbo CAN 要求，其短且對(duì)稱的傳播延遲時(shí)間和快速的循環(huán)時(shí)間，為 CAN 網(wǎng)絡(luò)提供了更高的數(shù)據(jù)速率和增強(qiáng)的時(shí)序裕量。這使得在高速通信中能夠更準(zhǔn)確地傳輸和接收數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`差。

I/O 電壓范圍靈活

該系列產(chǎn)品的 I/O 電壓范圍支持 3.3 - V 和 5 - V 的 MCU，這為不同電源電壓的微控制器提供了良好的兼容性，方便工程師在不同的系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)計(jì)和集成。

理想的無源特性

當(dāng)設(shè)備未供電時(shí)，總線和邏輯引腳呈現(xiàn)高阻抗（無負(fù)載）狀態(tài)，并且在電源開啟和關(guān)閉過程中，總線不會(huì)出現(xiàn)干擾信號(hào)，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

多重保護(hù)功能

• ESD 保護(hù)：HBM ESD 保護(hù)超過 ±12 kV，能夠有效抵御靜電干擾，保護(hù)設(shè)備免受靜電損壞。
• 總線故障保護(hù)：支持 - 27 V 至 40 V 的總線故障保護(hù)，可應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的總線故障情況，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
• 欠壓保護(hù)：在電源引腳提供欠壓保護(hù)，當(dāng)電源電壓過低時(shí)，將設(shè)備置于保護(hù)模式，防止設(shè)備因電壓異常而損壞。
• 驅(qū)動(dòng)主導(dǎo)超時(shí)（TXD DTO）：在正常模式下，當(dāng) TXD 信號(hào)長時(shí)間保持主導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，TXD DTO 電路會(huì)自動(dòng)禁用 CAN 總線驅(qū)動(dòng)器，釋放總線，避免因局部故障導(dǎo)致總線被鎖定。
• SN65HVD257 特有功能：除了上述功能外，SN65HVD257 還具有接收器主導(dǎo)超時(shí)（RXD DTO）和故障輸出引腳（FAULT）。RXD DTO 可防止總線持續(xù)主導(dǎo)故障導(dǎo)致 RXD 輸出一直處于低電平；FAULT 引腳在出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)輸出高電平，方便系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測和處理。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)設(shè)備的結(jié)溫超過熱關(guān)斷閾值時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)關(guān)閉 CAN 驅(qū)動(dòng)器電路，防止設(shè)備因過熱而損壞，當(dāng)結(jié)溫下降后，設(shè)備會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常工作。

寬溫度范圍工作

該系列產(chǎn)品經(jīng)過 - 40°C 至 125°C 的溫度范圍測試，能夠在各種惡劣的環(huán)境條件下穩(wěn)定工作，適用于工業(yè)、汽車等對(duì)溫度要求較高的應(yīng)用場景。

應(yīng)用領(lǐng)域

高負(fù)載 CAN 網(wǎng)絡(luò)

SN65HVD25x 能夠在高度負(fù)載的 CAN 網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn) 1 Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸，甚至在低至 10 kbps 的網(wǎng)絡(luò)中也能通過 TXD DTO 功能正常工作，滿足不同網(wǎng)絡(luò)速率的需求。

工業(yè)自動(dòng)化與控制

在工業(yè)自動(dòng)化、控制系統(tǒng)、傳感器和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，CAN 總線廣泛用于設(shè)備之間的通信。SN65HVD25x 的高可靠性和高速數(shù)據(jù)傳輸能力，能夠確保工業(yè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和實(shí)時(shí)控制。

樓宇與安防系統(tǒng)

在樓宇、安防和氣候控制自動(dòng)化領(lǐng)域，SN65HVD25x 可用于連接各種傳感器和執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和遠(yuǎn)程控制。

電信基站

在電信基站的狀態(tài)監(jiān)測和控制中，CAN 總線可用于傳輸基站設(shè)備的狀態(tài)信息和控制指令。SN65HVD25x 能夠滿足電信基站對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性和實(shí)時(shí)性的要求。

功能安全應(yīng)用（SN65HVD257）

SN65HVD257 特別適用于需要功能安全的冗余和多拓?fù)?CAN 網(wǎng)絡(luò)，通過 RXD DTO 和 FAULT 引腳，能夠及時(shí)檢測和處理總線故障，確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電源供應(yīng)

為確保設(shè)備在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下可靠運(yùn)行，每個(gè)電源引腳都應(yīng)使用一個(gè) 100 - nF 的陶瓷電容進(jìn)行去耦，并且電容應(yīng)盡可能靠近電源引腳放置。對(duì)于 5 - V 電源軌，可以選擇 TPS76350 線性電壓調(diào)節(jié)器。

PCB 布局

• 保護(hù)和濾波電路設(shè)計(jì)：由于 ESD 和 EFT 瞬態(tài)具有較寬的頻率帶寬，在 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用高頻布局技術(shù)。在總線連接器處使用外部瞬態(tài)保護(hù)器件，如瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）和電容，可防止瞬態(tài)能量和噪聲進(jìn)入電路板和系統(tǒng)。
• 電源和接地平面：使用 (V_{CC}) 和接地平面可以提供低電感路徑，因?yàn)楦哳l電流通常會(huì)沿著電感最小的路徑流動(dòng)。
• 總線保護(hù)和終端匹配：在 CANH 和 CANL 上使用瞬態(tài)保護(hù)器件和終端電阻，可防止信號(hào)反射和瞬態(tài)干擾。終端電阻應(yīng)與電纜的特性阻抗匹配，通常為 120 Ω。
• 去耦電容：在 (V{CC}) 和 (V{RXD}) 引腳附近放置旁路和大容量電容，以減少電源噪聲。
• 數(shù)字輸入輸出：為限制數(shù)字線路的電流，可使用串聯(lián)電阻；為過濾數(shù)字輸入輸出線上的噪聲，可在輸入側(cè)靠近 I/O 處使用電容。
• 外部上拉電阻：由于器件內(nèi)部的上拉和下拉偏置較弱，在輸入和輸出引腳使用 1 - kΩ 至 10 - kΩ 的外部上拉或下拉電阻，可確保引腳在瞬態(tài)事件期間保持穩(wěn)定狀態(tài)。

總結(jié)

SN65HVD25x 系列 Turbo CAN 收發(fā)器憑借其高速數(shù)據(jù)傳輸能力、多重保護(hù)功能和寬溫度范圍工作特性，為高負(fù)載 CAN 網(wǎng)絡(luò)和功能安全應(yīng)用提供了可靠的解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，合理選擇電源供應(yīng)和優(yōu)化 PCB 布局是確保設(shè)備性能和可靠性的關(guān)鍵。希望本文能為電子工程師在使用 SN65HVD25x 收發(fā)器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供一些參考和幫助。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似的 CAN 收發(fā)器設(shè)計(jì)問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。