CAN收发器的几种典型工作模式

嵌入式ARM 2023-10-17 12:01

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CAN收发器在新能源车及储能等行业大量使用，今天我们对CAN收发器的几种典型工作模式做一下介绍，希望大家能有一个比较基本和正确认识。

一、CAN总线电平的定义

CAN收发器是一个介于CAN控制器和双线物理总线之间的器件，它可以支持差分信号在总线传输。

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

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。

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。

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，有三点需要注意：

一是，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。

二是，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。

三是，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