3.3VCC供电下实现标准的HS-CAN通信

概述

　　如果保证MAX13041的VCC电源处于4.75V至5.25V (标称工作电压范围)，则可满足ISO 11898-2高速CAN通信标准[1]。也就是说，如果需要进行CAN通信，必须采用5V电源为CAN收发器供电。然而，系统设计中常碰到的问题是主电源无法满足子系统的电源需求。这种情况下，无法直接使用现有电源：仅有一路3.3V电源或不能直接采用电池电压获得所有需要的电源。由于电路板空间有限，不能包含所有电源。有些情况下，直接从电池电源产生5V电压可能无法接受，因为存在散热问题，特别是在需要高电池电压进行CAN通信的系统中(如，汽车中两节电池供电的情况或在24V卡车系统中)。电压转换器能够产生所需的各种电压，并且在要求低功耗、电路简单和低成本应用中，电荷泵通常是最佳选择。电荷泵便于使用，因为它们无需昂贵的电感或额外的半导体器件。

　　选择电荷泵

　　收发器电源

　　MAX13041的VCC引脚用于IC供电，当IC处于正常工作模式时在总线、电压基准和接收电路之间建立正确的通信信号。VI/O输入提供与3.3V I/O微控制器的接口，在控制器和收发器之间获得正确的电压。当然，当具体应用与这种控制器通信时，该引脚可以接5V稳压器。

　　VBAT引脚(通常连接至汽车12V电池)为超低静态电流的唤醒检测电路供电。该引脚用于激活MAX13041，以便在收到CAN信息时从休眠模式下唤醒器件。如果检测到VBAT电源上有欠压情况，则将收发器置于低功耗模式。所有其它引脚的详细说明请参考MAX13041的数据资料[2]。

　　电源电流

　　CAN总线处于下述两种逻辑状态的一种：隐性状态或显性状态(图1)。正常通信模式中，MAX13041在显性状态下需要80mA的最大VCC输入电流;隐性状态下需要10mA。流入VI/O和VBAT的电流可以忽略。然而，当总线出现故障时，特别是如果CAN_H总线短接至地，则VCC电源电流会明显增大。收发器将会把短路电流限制到IO(SC) = 95mA。不管怎样，这种条件下最好调节电荷泵输出电流。考虑到上述情况，采用电荷泵提供CAN收发器所需电源，该电荷泵可提供5V输出电压，电压容差满足上述要求，且最小输出电流可达95mA。

　　3.3V输入至5V稳压输出的电荷泵

　　尽管市场上有多种常规的电荷泵器件可供选择，本文采用3.3V输入、5V稳压输出的电荷泵MAX683解决供电问题。该器件可在2.7V至5.5V输入电压下提供5V ±4%的稳压输出。器件开关频率调节范围高达2MHz，允许在100mA输出电流下使用小尺寸外部电容。

　　器件可工作在两种模式：跳频模式和固定频率模式。跳频模式下(低电平有效SKIP输入 = 低电平)，当检测到输出电压高于5V时禁止开关操作。器件随后进入跳频模式，直到输出电压跌落。由于器件工作在非连续模式，这种调节方法使工作电流最小。固定频率模式下(低电平有效SKIP输入 = 高电平)，电荷泵在所设定的频率下连续工作，这种调节方案的输出纹波最小。由于器件连续进行开关操作，输出噪声包含确定的频率成分，在指定的输出纹波下电路允许使用非常小的外部电容。但是，固定频率模式消耗较大的工作电流，轻载状态下效率低于跳频模式。

　　MAX13041和MAX683 3.3V电路实例

　　从图2所示电路可以看出采用电荷泵给MAX13041供电非常简便，将MAX683连接至CAN收发器的VCC输入(虚线)，即可提供5V输出电压，容限和输出电流均可满足要求。该配置允许其余电路采用较低电压供电。本例中，选用3.3V外部电源为电荷泵(IN)、微控制器以及收发器的VI/O电平转换器供电。电荷泵的低电平有效SKIP输入置高，器件置于固定频率模式。开关频率可由REXT电阻设置。关于输入/输出电容(CIN、COUT)、飞电容(CX)以及频率设置电阻(REXT)的详细说明，请参考MAX683的数据资料[3]。


　 电磁兼容性

　　CAN应用中满足电磁兼容性(EMC)要求是设计中所面临的挑战，特别是收发器采用开关电源调节器供电时。CAN系统的电缆是实际应用中需要关注的问题，因为CAN_H和CAN_L引脚连接至总线网络，总线网络涉及整个汽车的运转。如果不够谨慎，可能遇到干扰或产生干扰信号，通过CAN电源传递到收发器，进而注入整个总线，对相邻电缆产生干扰。这些干扰会造成通信错误或系统的其它控制单元出现故障。考虑到上述因素，我们对采用MAX683电荷泵供电的MAX13041进行了EMC测试，并与由标准5V电源供电的MAX13041的EMC性能进行对比，观察电荷泵对EMC干扰的影响。在此，我们将考虑两个方面：电磁干扰抑制(EMI)和电磁辐射(EME)。

　　抗扰性测试

　　ISO 11452规范给出了几种针对RF干扰抑制能力测试的方法，包括：大电流注入(BCI)、横向电磁波箱(TEM-cell)、带状线以及直接射频功率注入(DPI)。

我们采用DPI进行测试，原因是该方法具有