【導(dǎo)讀】目前市場上最常用的CAN通訊接口器件大多都是采用5V供電，而大部分的MCU供電電壓卻從5V降低到了3.3V供電，這樣就會造成5V CAN通訊接口器件和3.3V MCU進行通訊時的接口電平不一致問題，本文針對這種應(yīng)用提出幾種5V供電CAN器件和3.3V供電MCU之間的連接方式，并給出了川土微電子產(chǎn)品的具體應(yīng)用案例。
CAN器件概述和MCU之間的連接
CAN器件和MCU之間是通過RXD和TXD進行連接的，MCU發(fā)送的數(shù)據(jù)到CAN器件TXD后，由CAN收發(fā)器轉(zhuǎn)換成CAN的隱性和顯性電平發(fā)送到CAN總線，在接收數(shù)據(jù)時，CAN總線上的隱性和顯性電平通過CAN收發(fā)器轉(zhuǎn)換成邏輯電平由RXD輸出到MCU。
以川土微電子的CA-IF1051S/HS為例，對于5V供電的CAN收發(fā)器，TXD輸入的電平范圍通常是VIH>2V, VIL<0.8V，3.3V MCU輸出的電平可以滿足這個要求，所以，3.3V供電的MCU TXD輸出可以直接連接到5V供電的CAN TXD。但是5V供電 CAN收發(fā)器的RXD輸出通常是VOH>4V，VOL<0.4V，對于輸出的高電平4V已經(jīng)超過了MCU的供電電壓，所以通常需要對CAN收發(fā)器輸出的RXD進行處理后再和MCU進行連接。
1、直接連接，由MCU的輸入引腳特性決定
對于有些3.3V供電電源的MCU，其IO引腳可以承受5V的電壓，在這種情況下，可以直接將5V CAN收發(fā)器的RXD輸出直接連接到MCU的RXD引腳。
上圖為一款常用MCU的引腳定義圖，可以看出，該MCU 的CAN RXD和CAN TXD在3.3V供電時，IO引腳是可以承受5V的電壓。在MCU采用3.3V供電的情況下，可以支持和5V供電的CAN收發(fā)器進行連接。
2、通過電阻進行分壓連接
如果MCU的引腳無法承受超過其自身供電電源的電壓，可以通過兩個分壓電阻來衰減CAN收發(fā)器輸出的電壓以滿足處理器的輸入電平要求。
對于電阻R1和R2的選擇，要求分壓后連接到MCU的高電平電壓不超過處理器供電電壓3.3V且高于處理器VIH的接收門限。通常R1可以選擇2kΩ—20kΩ，R2選擇3.3kΩ—33kΩ。這種設(shè)計的優(yōu)點是兩邊的器件都不會承受過壓的情況，并且設(shè)計比較簡單，缺點是功耗增加，因為在總線空閑狀態(tài)時，RXD的輸出是高電平，由于分壓電阻連接到GND，所以在總線空閑狀態(tài)下一直有電流流過R1和R2，造成功耗增加。
3、通過限流電阻連接
對于MCU的IO引腳，內(nèi)部通常都帶有保護二極管，當超過電源電壓后內(nèi)部二極管導(dǎo)通，IO引腳一般能夠承受數(shù)個毫安的吸收電流。通過外部的限流電阻來保護引腳不被損壞并且把輸入電壓限制到不超過處理器的供電電壓。
對于R1電阻的選擇要求較低，可以通過選擇電阻把流入MCU的電流限制到很低來降低功耗。該設(shè)計的優(yōu)點是設(shè)計更簡單，同時也可以兼容3.3V CAN收發(fā)器。外部電阻可以限制到更低的電流來降低總線空閑時的功耗。缺點就是MCU引腳內(nèi)部的保護電路工作，吸收一定的電流。
4、通過MOSFET實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換
由于處理器和CAN收發(fā)器的供電電源不同，采用電平轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)不同電壓的電平轉(zhuǎn)換來滿足雙方的要求?？梢圆捎眉傻碾娖睫D(zhuǎn)換器。但是該應(yīng)用中只有一路信號需要電平轉(zhuǎn)換，也可以通過外部的一個MOSFET來實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。
該設(shè)計中可以選擇2N7002 N-MOSFET，當CAN收發(fā)器的RXD輸出為高電平時，MOSFET不導(dǎo)通，MCU的RXD輸入由上拉電阻保持輸入高電平，當CAN收發(fā)器的RXD輸出為低時，MOSFET體二極管導(dǎo)通，把MCU的輸入端拉低同時MOSFET導(dǎo)通，使MCU的RXD輸入端為低電平。這種設(shè)計方式可以實現(xiàn)最低的功耗并且MCU不會承受過壓狀態(tài)。相比較之前的方案，MOSFET的成本會比電阻稍高。
川土微電子推出的CA-IF1051S CAN收發(fā)器采用5V供電，該器件支持經(jīng)典CAN 1Mbps和最高5Mbps CAN-FD通訊，具有±58V故障保護電壓和±30V共模輸入電壓。內(nèi)部的顯性超時保護功能可以支持最低4kbps的通訊速率，可以確保CAN通訊的可靠。采用上述方式可以實現(xiàn)和3.3V MCU之間的通訊連接。CA-IF1051VS器件帶有IO供電電源，可以直接支持3.3V的接口供電而不需增加額外器件來實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。
本文分析了處理器和CAN收發(fā)器輸入輸出的邏輯電平要求，給出了4種方法來實現(xiàn)3.3V MCU和5V CAN收發(fā)器之間的通訊連接，并分析了各個實現(xiàn)方案的優(yōu)缺點。對于方案3的設(shè)計，可以同時兼容3.3V CAN器件的連接。川土微電子的多款CAN收發(fā)器產(chǎn)品可以滿足客戶不同的設(shè)計要求，實現(xiàn)可靠的CAN通訊。
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