良许Linux教程网 干货合集 CAN收发器几种典型工作模式简介

CAN收发器几种典型工作模式简介

CAN收发器是在新能源车及储能等行业广泛应用的一种设备。本文将介绍几种典型的CAN收发器工作模式,以帮助读者对其有一个基本和准确的理解。

一. CAN总线电平定义

CAN收发器是一种位于CAN控制器和双线物理总线之间的设备,其功能是支持差分信号在总线上传输。

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图1 CAN收发器的电平定义

正式介绍CAN收发器的工作模式之前,我们先了解一下CAN总线的电平定义。如上图1所示,当CAN总线的两个差分线重合于1/2VCC时,此处以5V供电的CAN收发器为例说明,这个状态对应着逻辑数据的1,这称之为隐性状态电平,与此相反,当两个差分线的电压分离开来时,如上图中所示,CANH为3.5V,CANL为1.5V时,则逻辑数据为0,这称之为显性状态电平。

这里的逻辑信号,也就是对应于CAN收发器的TXD发送信号和RXD接收信号的电平,有了这个基本认知就可以分析CAN收发器的典型工作模式。

二.典型芯片的内部框图

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图2 CAN收发器的内部框图

以ATA6560/ATA6561为例,我们简要分析一下其内部框图,从图2上,我们可知CANH和CANL的差分信号,会接到内部的高速比较器HSC,及唤醒比较器WUC,从而最后送到RXD。而TXD发送数据,首先经过TXD的time-out定时器,后经过信号斜率控制及驱动传输到CAN总线上,内部的斜率控制器,这样可以对输出数据信号进行斜率控制,以便对外界EME最低。

对于数字pin,RXD,TXD,NSIL,STBY等,其内部有上拉电阻连接到VIO,所以其电平取决于VIO的连接,VIO连接到3.3V时,数字pin的电平为3.3V,这样CAN收发器就可以直接接3.3V供电的MCU。

同时我们也看到框图内部包含温度保护电路,关于保护部分,我们放在后面讨论。

三.CAN收发器的典型工作模式分析

这里我们以ATA6561/ATA6560为例来进行说明,芯片共有四种模式,未供电模式,正常模式,低功耗模式,静默模式。

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图3 CAN收发器的几种典型工作模式

通过图3,我们可以简要看一下几种工作模式的差异,只要通过STBY和NSIL及TXD的状态,就可以确定各种不同的工作模式。

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图4 CAN收发器工作模式说明

第一种工作模式是正常模式,即Normal Mode。当STBY pin为低电平时,且NSIL和TXD为高电平时,芯片就进入了正常模式,正常模式下,CAN收发器芯片可以通过CANH和CANL既可以发送数据,也可以接收数据。

这种模式下,收发器的输出驱动器是使能的,当发送数据时,数据从TXD进入,然后送到CAN总线上。当数据接收时,模拟差分信号从CAN总线上送到收发器芯片中,内部的HSC高速比较器将这个模拟信号转化为数字信号输出到RXD pin上。

总线电压是偏置在1/2VCC电压上的,它同时具有欠压检测的功能,我们后续会进行分析。

第二种工作模式是低功耗模式,即Stand-by Mode。当STBY pin为高电平时,则进入低功耗模式此时CAN收发器既不能发送数据,也不能接收数据,在此模式下,为了降低功耗,它将发送器和接收高速比较器HSC都进行了关闭。

在低功耗模式下,为了具有总线唤醒功能,其中一个WUC唤醒比较器会一直监控总线。当总线状态由隐性状态转化到显性状态,并且能够持续时间大于twake,则接收信号RXD由高电平切换到低电平,对CAN控制器产生唤醒信号请求。

低功耗模式下,有三点值得注意,

其一,在低功耗模式下,CAN总线电压被限制在GND电平了,这样可以得到的功耗更小。

其二,当总线产生持续的唤醒信号后,即显性电平持续时间大于总线显性time-out时间后,RXD会被从低电平切换到高电平,这样就可以避免产生永久的唤醒信号。

其三,当芯片具有NSIL pin时,建议将这个pin设为高电平,此时通过内部的上拉电阻接到VIO电压,就不会由于NSIL接地而产生静态消耗电流。这也是低功耗的设计方面。

第三种工作模式,是静默模式,当STBY和NSIL这两个pin都是低电平时,芯片进入静默模式,在此模式下,CAN收发器只能接收数据,不能发送数据。另外,在此模式下,CAN总线为隐性状态,CAN收发器的内部功能都在正常工作,如HSC高速比较器等。这种模式带来的好处是,故障的CAN控制器不会对整个网络通信产生破坏。

在当前我们讨论的芯片下,ATA6560/ATA6561,只能在ATA6560下才能进入静默模式,它没有外部的VIO pin,在ATA6561中的VIO pin被NSIL pin替换,而VIO和VCC在内部连接,CAN收发器的供电VCC是5V,因此最好使用5V供电的MCU.

四.几种典型模式之间的切换方式

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图5 低功耗模式到正常模式的切换

当STBY从高电平切换到低电平后,且保持时间满足规格(如图6所示,此处为47uS Max),则可以由低功耗状态转到正常模式,注意此时需要TXD和NSIL都为高电平。值得注意的是,当TXD为低电平时无法切换。

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图6 低功耗到正常状态切换保持时间

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图7 静默模式到正常模式的切换

当TXD为高电平,STBY为低电平,此时NSIL从低电平切换到高电平后,且满足保持时间规格(此处为10uS max),就进入了正常模式。

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图8 静默模式到正常模式切换保持时间

注意前面所述的这两种切换的条件,都是TXD为高电平,即CAN总线处于隐性状态。

总结,简要介绍及总结CAN收发器的几种典型工作模式,及其切换方式,后面我们将介绍一些关于CAN收发器的保护功能。

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作者: 良许

良许,世界500强企业Linux开发工程师,公众号【良许Linux】的作者,全网拥有超30W粉丝。个人标签:创业者,CSDN学院讲师,副业达人,流量玩家,摄影爱好者。
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