簡化汽車接口設(shè)計(jì)：采用3.3V、完全可互操作且符合EMC標(biāo)準(zhǔn)的CAN收發(fā)器

隨著汽車的不斷發(fā)展，配備的先進(jìn)功能越來越多，旨在增強(qiáng)安全性、舒適性和便利性。更多的功能意味著需要更復(fù)雜的電子器件，這凸顯了電源效率的重要性。高能效有助于延長行駛里程并降低運(yùn)營成本，使半導(dǎo)體制造商可以將微控制器 (MCU) 等電氣元件的典型電源電壓從 5V 降低到 3.3V。在許多汽車系統(tǒng)中，現(xiàn)在只需要為 5V 控制器局域網(wǎng) (CAN) 收發(fā)器提供 5V 電源軌，而其他元件可以使用由 12V、24V 或 48V 電池提供的 3.3V 或更低電源軌。使用 3.3V 電源運(yùn)行的 CAN 收發(fā)器將不再需要 5V 電源軌，便于與 MCU 無縫連接。

對于目前正在生產(chǎn)的汽車 CAN 網(wǎng)絡(luò)，唯一符合電磁兼容性 (EMC) 標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)器也需要 5V 電源。圖 1 展示了一個(gè) 5V CAN 節(jié)點(diǎn)的簡化方框圖，其中將 CAN 控制器集成到 MCU 中。有了 3.3V CAN 收發(fā)器，MCU 和收發(fā)器便可以使用 3.3V 電源，因此將縮減整體物料清單成本和布板空間。

圖 1. 使用 3.3V CAN 的設(shè)計(jì)簡化圖

3.3V CAN 收發(fā)器在工業(yè)市場中存在了數(shù)十年。但是，設(shè)計(jì)人員在將此類器件過渡到汽車市場時(shí)面臨著兩項(xiàng)挑戰(zhàn)：如何與現(xiàn)有的 5V CAN 收發(fā)器進(jìn)行互操作以及如何滿足嚴(yán)格的汽車 EMC 要求。本文將介紹 TI 的 3.3V CAN 收發(fā)器如何幫助克服這些挑戰(zhàn)。

5V CAN 收發(fā)器互操作性

5V CAN 收發(fā)器是 CAN 網(wǎng)絡(luò)的常用解決方案，因此 3.3V CAN 收發(fā)器必須能在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和架構(gòu)內(nèi)完全互操作，這一點(diǎn)至關(guān)重要。對于一級(jí)汽車供應(yīng)商來說，互操作性尤為重要，因?yàn)樗麄兺ǔ２回?fù)責(zé)整個(gè) CAN 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。這些供應(yīng)商將不知道他們設(shè)計(jì)的 CAN 總線部分會(huì)連接到 3.3V 還是 5V 收發(fā)器。3.3V 和 5V CAN 之間的互操作性可降低這一風(fēng)險(xiǎn)。如果 5V 和 3.3V CAN 收發(fā)器完全可互操作，則無需再將通信總線上的所有節(jié)點(diǎn)更改為 3.3V。子系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以靈活決定 CAN 總線上的單個(gè)節(jié)點(diǎn)是否需要使用 3.3V 收發(fā)器。

圖 2. 3.3V 和 5V CAN 收發(fā)器的互操作性

TI 的 3.3V CAN 系列已成功通過國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 16845-2 的測試。該測試覆蓋了一個(gè)全部是 3.3V 收發(fā)器的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)以及一個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，該異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的 16 個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)中有 4 個(gè)是 3.3V 收發(fā)器，其余 12 個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)混用了其他三款業(yè)界認(rèn)可的 5V CAN 收發(fā)器。TI 的汽車級(jí) 3.3V TCAN3403-Q1 和 TCAN3404-Q1 收發(fā)器已成功通過該互操作性測試。

EMC 要求

CAN 收發(fā)器的 EMC 性能是通過兩個(gè)參數(shù)來衡量的：器件本身產(chǎn)生的發(fā)射和系統(tǒng)干擾的抗擾性。TCAN3404-Q1 和 TCAN3403-Q1 符合國際電工委員會(huì) (IEC) 62228-3 標(biāo)準(zhǔn)中的 EMC 性能要求。

發(fā)射是指電磁能量釋放。理想情況下，低發(fā)射可確保正常運(yùn)行時(shí)不會(huì)影響其他附近元件的性能?？箶_性是指器件在存在干擾(例如來自其他附近元件的發(fā)射)的情況下的正常運(yùn)行能力。第三方測試機(jī)構(gòu)執(zhí)行的測試是汽車應(yīng)用領(lǐng)域最為嚴(yán)格的測試之一，旨在鑒定 CAN 收發(fā)器的發(fā)射和抗擾性能的表征。

5V CAN 收發(fā)器之所以廣受歡迎，是因?yàn)樯逃闷骷绊懥?EMC 標(biāo)準(zhǔn)的制定，而 3.3V CAN 收發(fā)器一直在努力克服滿足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的挑戰(zhàn)。TCAN3404-Q1 和 TCAN3403-Q1 能夠在同構(gòu)或異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中滿足 EMC 要求，因此可以克服這一障礙。