信號鏈基礎(chǔ)知識：工業(yè)市場過渡到3.3V CAN收發(fā)器

在過去幾十年間，控制器局域網(wǎng) (CAN) 應(yīng)用已經(jīng)從主要使用5V協(xié)議控制器轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟛糠职?.3V控制器。然而，5V CAN收發(fā)器的使用仍舊很普遍，所以經(jīng)常看到3.3V控制器與5V收發(fā)器配對使用的CAN收發(fā)器應(yīng)用?？梢酝ㄟ^在特定應(yīng)用中采用一個(gè)3.3V CAN收發(fā)器解決這種設(shè)置中出現(xiàn)的一些問題。

在一個(gè)應(yīng)用中將控制器和收發(fā)器的電源電壓混合在一起需要為每個(gè)電壓配備至少一個(gè)經(jīng)穩(wěn)壓電源軌。在某些情況下，僅僅是為了支持5V收發(fā)器，就會增加成本、電路板空間、以及總體設(shè)計(jì)復(fù)雜程度。對于這些應(yīng)用，將CAN收發(fā)器切換至3.3V電源軌能夠緩解這個(gè)問題。

圖1顯示的是采用5V收發(fā)器和3.3V控制器的雙電源軌應(yīng)用的方框圖。圖2顯示了在CAN收發(fā)器和控制器均由3.3V電壓供電運(yùn)行時(shí)有可能實(shí)現(xiàn)的更簡單設(shè)置。

圖1：雙電源5V CAN收發(fā)器應(yīng)用

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圖2：單電源3.3V CAN收發(fā)器應(yīng)用

一個(gè)常有的顧慮就是針對5V和3.3V CAN收發(fā)器的共模偏置電壓的不同，以及這可能導(dǎo)致的通信問題。幸運(yùn)的是，這個(gè)問題已經(jīng)由ISO18898-2標(biāo)準(zhǔn)所解決，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)需要CAN兼容收發(fā)器的接收器部分能夠處理-2V至+7V的共模范圍。這一要求在ISO11898-5標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布版本中被進(jìn)一步擴(kuò)展至±12V范圍。

圖3顯示了3.3V收發(fā)器(通常情況下，偏置到0.7*Vcc，以符合2V和3V CAN標(biāo)準(zhǔn)要求)，5V收發(fā)器的共模偏置電壓范圍，以及2個(gè)CAN標(biāo)準(zhǔn)所要求的共模輸入范圍。除了那些由混合5V和3.3V CAN收發(fā)器所導(dǎo)致的共模偏移，仍然有很多較大共模偏移裕量。由于共模偏移不是很嚴(yán)重的問題，這就實(shí)現(xiàn)了互操作性。

圖3

圖3：CAN共模范圍

在將3.3V CAN收發(fā)器的共模偏置電壓設(shè)定為除了0.5*Vcc以外的任何值時(shí)，有一點(diǎn)需要注意，那就是器件在發(fā)送時(shí)會出現(xiàn)共模位移。這個(gè)位移出現(xiàn)的原因在于高端和低端驅(qū)動器的驅(qū)動強(qiáng)度大體相同，從而使獲得的顯性位處于Vcc/2的居中位置。每當(dāng)3.3V收發(fā)器在隱性和顯性位之間轉(zhuǎn)換時(shí)就會出現(xiàn)0.7*Vcc到0.5*Vcc的共模位移(圖4)。

共模電壓的位移會在總線上形成有害的傳導(dǎo)和輻射放射。為了消除這些放射，可以在總線上放置一個(gè)分離式端接來過濾共模噪聲(圖5)?？赏ㄟ^改變電容器的值來調(diào)節(jié)這個(gè)過濾器。

圖4：3.3V CAN收發(fā)器的共模位移

圖5：共模濾波

另外一個(gè)添加3.3V CAN收發(fā)器的常見問題是它們的輸出差分電壓要小于5V CAN收發(fā)器的輸出差分電壓，因此抗噪性較低。CAN標(biāo)準(zhǔn)通過要求所有收發(fā)器能夠驅(qū)動最低1.5V的輸出差分電壓，并要求接收器具有設(shè)定在0.9V差分電壓上的輸入閥值電壓來解決這個(gè)問題。因此，只要3.3V收發(fā)器能夠驅(qū)動1.5V的最低電壓，系統(tǒng)中就會形成0.6V的電壓裕量來應(yīng)對線路損耗和噪聲容限。為了補(bǔ)償電壓凈空的減少，通常情況下，3.3V收發(fā)器內(nèi)的驅(qū)動器的尺寸要大于5V收發(fā)器內(nèi)的驅(qū)動器。

總之，很多人錯(cuò)誤地認(rèn)為不能在同一網(wǎng)絡(luò)中將3.3V和5V CAN收發(fā)器混合在一起使用，或者說，無法構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)健耐用的3.3V CAN網(wǎng)絡(luò)。而事實(shí)并非如此。在上市10多年之后，3.3V CAN收發(fā)器在諸如大型家用電器、服務(wù)器背板、智能電網(wǎng)、和電池供電類器件中仍然受到青睞，就是因?yàn)樗鼈兡軌蚝喕K端產(chǎn)品設(shè)計(jì)。牢記這一點(diǎn)，并且時(shí)刻注意共模放射，那么3.3V CAN收發(fā)器就能夠在更多不斷向前發(fā)展的應(yīng)用中大展拳腳。

下一次，我們將解釋RF干擾如何影響諸如運(yùn)算放大器等線性電路，并且提供如何根據(jù)器件技術(shù)規(guī)格來選擇具有更佳RF干擾抗擾度的器件的方法。