隔离模块 系列CANFD 隔离收发器
选型表
1. 概述
CANFD-T3/T5 为控制器局域网(CAN)隔离收发器，符合 ISO11898-2:2016 和 ISO 11898-5:2007 物理层技术规范。该系列器件设计用于高速 CAN FD 网络，可支持高达 5Mbps 的传输速率。CAN 总线端口提供高达±58V的故障保护，满足恶劣环境中的过压保护需求。接收器输入共模范围(CMR)高达±30V，远远超出 ISO 11898 规范要求的-2V至+7V，非常适合节点间存在较大地电位偏差的 CAN 总线网络。此外，CANFD-T3/T5 具有独立的逻辑供电电源引脚(VIO)，方便连接不同逻辑电平的 CAN 控制器，无需额外的电平转换器。
发送器提供显性状态超时检测，避免由于控制器错误或TXD 输入故障而导致的总线闭锁。当 TXD 处于显性状态(低电平)的时间超出 tDOM 时，驱动器立即释放总线，使输出保持在隐性电平。
CANFD-T3/T5 采用 8 引脚 DIP 封装，两款器件均可工作在-40°C 至+85°C 结温范围。
CAN-bus 典型网络如上图1.1所示，每个网络可接入110 个单路CANFD 隔离CAN 收发模块，通用模块最长通讯距离为 10 km，高速模块支持最低波特率为5kbps，最长通讯距离10 km。如果需要接入更多节点或更长通讯距离时，可通过CAN 中继器等设备扩展。
注：总线通讯距离与通讯速率以及现场应用相关，可根据实际应用和参考相关标准设计，通讯线缆选择双绞线或屏蔽双绞线并尽量远离干扰源。远距离通讯时，终端电阻值需要根据通讯距离以及线缆阻抗和节点数量选择合适值。
1.1 订购信息
产品型号 | 电源电压（范围） （VDC） | 温度范围 | 隔离耐压 | 封装 |
CANFD-T3 | 3（3.15~3.45） | -40℃～+85℃ | 1500VDC | DIP8 |
CANFD-T5 | 5（4.75~5.25） | -40℃～+85℃ | 1500VDC | DIP8 |
2. 性能特点
2.1 产品外观
图 2.1 CANFD-T产品外观
2.2 产品特性
满足 ISO 11898-2:2016 和 ISO 11898-5:2007 物理层标准
'Turbo' CAN：
所有器件均支持经典 CAN 和 5Mbps CAN FD(灵活数据速率)
具有超低对称传输延时和快速环路响应，提高时间裕量
未上电节点不影响总线
未上电时，具有理想的无源特性：
总线和逻辑侧均处于高阻态(空载)
上电/断电过程中，总线与 RXD 输出端无扰动
单网络最多可连接 110个节点
集成保护功能提高系统可靠性
CANH、CANL 具有±58V 故障保护
±30V 扩展共模输入范围(CMR)
VCC、VIO 欠压保护
发送器超时检测避免总线闭锁，允许最低传输速率为 5.5 kbps
热关断
超低环路延时：130ns (典型值)
独立的 VIO 逻辑供电电源
结温范围：-40°C 至 85°C，高低温特性好，满足工业级产品要求
通过 IEC62368、UL62368、EN62368认证
2.3 产品行业应用
工业自动化
楼宇自动化
HVAC 系统
分布式管理
自动售货机
安防系统
汽车电子
仪器、仪表
铁路运输
石油化工
电力监控
工业控制
智能家居等
3. 产品规格
3.1 电气参数
产品型号 | 电源电压（范围）（VDC） | 静态电（mA，Typ） | 最大发送电流（mA） | 传输波特率（kbps） | 节点数（PCS） | 类型 |
CANFD-T3 | 3 （3.15~3.45） | 12.5 | 50 | 5k~5M | 110 | 高速 |
CANFD-T5 | 5 （4.75~5.25） | 8.5 | 40 | 5k~5M | 110 | 高速 |
3.2 绝对最大额定值
参数 | 最小值 | 最大值 | 单位 | |
VBUS | CAN 总线 I/O 电压(CANH，CANL) | -58 | 58 | V |
V(DIFF) | CANH 与 CANL 间的最大差分电压 | -58 | 58 | V |
V(Logic_Input) | 逻辑侧端口输入电压(TXD，S) | -0.3 | +7 | V |
V(Logic_Output) | 逻辑侧端口输出电压(RXD) | -0.3 | +7 | V |
IO(RXD) | RXD 接收器输出电流 | -8 | 8 | mA |
TJ | 结温 | -40 | 85 | °C |
TSTG | 存储温度 | -55 | 125 | °C |
注：工作条件达到或超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损坏。这里给出的是器件额定值，并非工作条件，不能据此推断产品能否正常工作。器件长期在超出最大额定值条件下工作会影响产品的可靠性，甚至导致产品损坏。 | ||||
3.3 ESD 额定值
测试条件 | 数值 | 单位 | ||
HBM1 ESD | CAN 总线端口(CANH，CANL)到 GND | ±8000 | V | |
其它管脚 | ±4000 | |||
CDM ESD | 所有管脚 | ±1500 | V | |
系统级 ESD | CAN 总线端口 (CANH，CANL)到 GND | IEC 61000-4-2 : 未上电时接触放电 | ±80002 | V |
ISO7637 瞬态保护，基于 GIFT-ICT CAN EM测试 | CAN 总线端口 (CANH，CANL)到 GND | 脉冲 1 | -100 | V |
脉冲 2 | +75 | V | ||
脉冲 3a | -150 | V | ||
脉冲 3b | +100 | V | ||
ISO7637-3 瞬态保护 | CAN 总线端口 (CANH，CANL)到 GND | 带 100nF 直接耦合电容“慢瞬态脉冲”—上电状态 | ±85 | V |
注： 1. JEDEC 文件 JEP155 规定：500V HBM 允许按照标准 ESD 控制过程进行安全生产；2. 系统板级测试； | ||||
3.4 输入特性
参数 | 符号 | 条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 | |
输入电压 | Vcc | CANFD-T3 | 3.15 | 3.3 | 3.45 | VDC | |
CANFD-T5 | 4.75 | 5 | 5.25 | ||||
TXD逻辑电平 | 高电平 | VIN | 2 | -- | VCC | ||
低电平 | VIL | 0 | -- | 0.8 | |||
RXD逻辑电平 | 高电平 | VOH | IO=-1.5mA | VCC-0.4 | VCC-0.2 | -- | |
低电平 | VOL | IO=4mA | -- | 0.2 | 0.4 | ||
TXD驱动电流 | ITXD | 2 | -- | -- | mA | ||
RXD输出电流 | IRXD | -- | -- | 10 | |||
TXD上拉电阻 | RTXD | -- | 10 | -- | kΩ | ||
串行接口 | CANFD-T3 | 3.3V 标准CAN控制器接口 | |||||
CANFD-T5 | 5V 标准CAN控制器接口 | ||||||
3.5 输出特性
参数 | 符号 | 条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 | |
显性电平（逻辑0） | CANH | V(OD)CANH | RL=60Ω | 2.75 | 3.5 | 4.5 | VDC |
CANL | V(OD)CANL | RL=60Ω | 0.5 | 1.5 | 2.25 | ||
隐性电平（逻辑1） | CANH | V(OR)CANH | no load | 2 | 2.5 | 3 | |
CANL | V(OR)CANL | no load | 2 | 2.5 | 3 | ||
差分电平 | 显性（逻辑0） | Vdiff(d) | RL=60Ω | 1.5 | 2 | 3 | |
隐性（逻辑0） | Vdiff(r) | no load | -0.05 | 0 | 0.05 | ||
总线引脚最大耐压 | VX | CANH.CANL | -58 | -- | +58 | ||
总线瞬时电压 | VTRT | CANH,CANL | -150 | -- | +100 | ||
总线引脚漏电流 | IL | VCC=0V VCANH/L=5V | -5 | -- | +5 | uA | |
CAN 总线接口 | 符合 ISO 11898-2 标准，双绞线输出 | ||||||
3.6 传输特性
参数 | 符号 | 条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 | |
数据延时 | TXD发送延时 | tT | RL=60Ω | -- | 55 | -- | ns |
RXD接收延时 | tR | RL=60Ω | -- | 56 | -- | ||
循环延迟 | tPD(TXD-RXD) | RL=60Ω | -- | 120 | 250 | ||
TXD 显性超时时间 | tto(dom)TXD | VTXD=0V | 0.3 | 1 | 5 | ms | |
3.7 极限特性
参数 | 条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
输入冲击电压(1)（1s，max | CANFD-T3 | -0.7 | -- | 5 | VDC |
CANFD-T5 | -0.7 | -- | 7 | ||
引脚焊接温度 | 焊点距离外壳 1.5mm，10 秒 | -- | -- | 300 | ℃ |
热插拔 | 不支持 | ||||
3.8 一般特性
参数 | 条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
隔离电压 | 输入-输出，时间 1 分钟，漏电流小于 1mA | 1500 | -- | -- | VDC |
绝缘电阻 | 输入-输出，绝缘电压 500VDC | 1 | -- | -- | GΩ |
封装尺寸 | 19.90×16.90×7.10 | mm | |||
外壳材料 | 黑色阻燃塑胶外壳，符合 UL94 V-0 标准 | ||||
工作温度 | -40 | -- | +85 | ℃ | |
存储温度 | -55 | -- | +125 | ||
外壳温升 | Ta=25℃ | -- | 15 | 25 | |
存储湿度 | 无凝结 | -- | -- | 95 | ％ |
冷却方式 | 自然风冷 | ||||
3.9 EMC特性
EMI | 辐射骚扰 | EN55032:2015 | CLASS A |
EMS | 静电放电抗扰度 | IEC/EN 61000-4-2 Contact ±4kV/Air ±8kV(裸机，总线端口) (2) | Perf.Criteria B |
脉冲群抗扰度 | IEC/EN 61000-4-4 ±2kV(裸机，总线端口) (2) | Perf. Criteria B | |
浪涌抗扰度 | IEC/EN 61000-4-5 共模±2kV(裸机，总线端口) (2) Perf. Criteria B IEC/EN 61000-4-5 差模±2kV，共模±4kV(应用电路图 3/图 4)(3) | Perf.Criteria B Perf.Criteria B | |
传导骚扰抗扰度 | IEC/EN 61000-4-6 3Vr.m.s(裸机) | Perf. Criteria A |
注：
（1）输入电压不能超过所规定范围值，否则可能会造成永久性不可恢复的损坏。
（2）此参数仅限于 CAN 总线端口，CANH、CANL或 CANG； 测试时 CAN 总线端口均悬空，其中浪涌抗扰度采用开路电压 1.2/50μS，短路电流 8/20μS 组合波进行测试，源阻抗 2Ω。
（3）此参数仅限于 CAN 总线端口，应用电路图中的大地必须连接，浪涌抗扰度按非屏蔽对称通信线试验配置进行测试。
（4）如没有特殊说明，本手册中的参数都是在 25℃，湿度 40%~75%，输入标称电压、CAN接口 60Ω 负载下测得。
3.10 开关特性
所有参数在建议工作条件下测试，环境温度 TA = -40°C—85°C(除非另有说明)。
参数 | 测试条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 | |
驱动器开关特性 | ||||||
tR | 总线驱动上升时间 | RL = 60 Ω , CL = 100pF | 55 | ns | ||
tF | 总线驱动下降时间 | RL = 60 Ω , CL = 100pF | 60 | ns | ||
tONTXD | TXD 延迟(隐性到显性) | RL = 60 Ω , CL = 100pF | 55 | ns | ||
tOFFTXD | TXD 延迟(显性到隐性) | RL = 60 Ω , CL = 100pF | 40 | ns | ||
Tsk(p) | 脉冲偏差 | RL = 60 Ω , CL = 100pF | 20 | ns | ||
tDOM | TXD 显性超时 | RL = 60 Ω , CL open | 2 | 5 | 8 | ms |
接收器开关特性 | ||||||
tONRXD | RXD 延迟(隐性到显性) | CL = 15pF | 95 | ns | ||
tOFFRXD | RXD 延迟(显性到隐性) | CL = 15pF | 65 | ns | ||
tR | RXD 驱动上升时间 | CL = 15pF | 20 | ns | ||
tF | RXD 驱动下降时间 | CL = 15pF | 20 | ns | ||
器件开关特性 | ||||||
tloop1 | 环路延迟时间 | 隐性到显性 , RL = 60 Ω, CL = 100pF | 120 | 160 | ns | |
tloop2 | 环路延迟时间 | 显性到隐性 , RL = 60 Ω,CL = 100pF | 130 | 175 | ns | |
FD 时序特性 | ||||||
tbit(bus) | CAN 总线输出位时间 @2Mbps，TXD 输入 | RL=60 Ω , CL=100pF , CLRX=15pF | 435 | 530 | ns | |
tbit(bus) | CAN 总线输出位时间 @5Mbps，TXD 输入 | RL=60 Ω , CL=100pF , CLRX=15pF | 155 | 210 | ns | |
tbit(rxd) | RXD 输出位时间@2Mbps | RL=60 Ω , CL=100pF , CLRX=15pF | 400 | 550 | ns | |
tbit(rxd) | RXD 输出位时间@5Mbps | RL=60 Ω , CL=100pF , CLRX=15pF | 120 | 220 | ns | |
trec | 接收器脉冲对称性偏差 @2Mbps | RL=60 Ω , CL=100pF , CLRX=15pF | -65 | 40 | ns | |
trec | 接收器脉冲对称性偏差 @5Mbps | RL=60 Ω , CL=100pF , CLRX=15pF | -45 | 15 | ns | |
4. 详细说明
CANFD-T3/T5 为±58V 故障保护的控制局域网(CAN)隔离收发器，满足 ISO11898-2 (2016)高速 CAN 网络物理层标准规范。全面的保护功能设计，用于支持工作条件恶劣的工业应用。除了提供高压故障保护，这些器件还具有±30V 的输入共模范围，能够在具有较大的地电位偏差的总线节点之间实现可靠通信。发送器的显性超时检测可避免处理器故障时锁定总线。另外，发送器输出 CANH 、CANL具有短路限流保护及热关断保护功能，一旦检测到故障状态，发送器即刻将总线输出置于高阻态，避免过大的功率损耗。
CANFD-T3/T5采用单电源供电，CANFD-T3供电电压范围为3.15V至3.45V，典型值为3.3V；CANFD-T5供电电压范围为4.75V至5.25V，典型值为5V。
CANFD-T3/T5 器件可工作在高达 5Mbps 的传输速率，支持 CAN FD。当然，CAN 总线的最大的传输速率还受限于总线负载、节点数、电缆长度等因素。在 CAN 网络设计中，需要考虑信号在系统和电缆上的传输损耗、寄生负载、传输延时、网络平衡性、以及地电位偏差和信号完整性，以留出足够的设计余量。
4.1 CAN 总线状态
CAN 总线具有两个逻辑状态：显性状态和隐性状态。显性状态下(代表“0”数据位，用于确定信息发送的优先级) ，CANH-CANL之间的差分电压介于 1.5V 至 3V(高于0.9V)，该状态对应于 TXD/RXD 的逻辑“0”；隐性状态下(代表“1 ”数据位，总线空闲状态)，总线通过内部电阻拉至总线侧电源 VCC/2 ，CANH-CANL 之间的差分电压介于-120mV至+12mV，或接近 0V(低于0.5V，取决于总线负载)，对应于 TXD/RXD 的逻辑“1”
4.2 接收器
接收器将总线的差分输入(CANH 和 CANL)转换成 CAN 控制器需要的单端输出信号 RXD，内部比较器检测差分电压 VDIFF = (VCANH-VCANL)，门限电压约为 0.7V。如果 VDIFF > 0.9V，则在 RXD 引脚输出逻辑低电平；如果 VDIFF < 0.5V ，RXD 输出逻辑高电平。CANH 、CANL 的共模输入电压范围为±30V。当 CANH 、CANL 短路，或处于空闲状态时，RXD 输出高电平，详见表 4.1。
表 4.1 接收器真值表
VID=VCANH-VCANL | 总线状态 | RXD |
VID ≥ 0.9V | 显性 | 低电平 |
0.5V < VID <0.9V | 不确定 | 不确定 |
VID ≤ 0.5V | 隐性 | 高电平 |
开路(VID ≈ 0V) | 开路 | 高电平 |
4.3 发送器
发送器将来自 CAN 控制器的单端输入信号 (TXD)转换成差分输出 CANH 、CANL，真值表如表9-2 所示。内部发送器超时检测确保显性电平未超出 tDOM 的前提下，隔离收发器处于正常工作状态。CANH 、CANL 输出具有短路限流保护，热关断则进一步限制器件的最大功耗。
表 4.2 发送器真值表 1
输入 | TXD 低电平时间 | 输出 | 总线状态 | ||
S | TXD | CANH | CANL | ||
低电平或开路 | 低电平 | < tDOM | 高电平 | 低电平 | 显性 |
低电平 | > tDOM | VCC/2 | VCC/2 | 隐性 | |
高电平或开路 2 | X | VCC/2 | VCC/2 | 隐性 | |
高电平 | X | X | VCC/2 | VCC/2 | 隐性 |
注：
1. X = 无关。 2. TXD 输入具有内部弱上拉。
4.4 保护功能
4.4.1 欠压锁存
器件在 VCC 和 VIO 电源端提供欠压检测，当出现 VCC 或 VIO欠压故障时提供有效保护。
4.4.2 过压故障保护
CANFD-T3/T5 器件内部为驱动器输出和发送器输入(CANH/CANL)提供±58V过压故障保护，当总线意外短路到电源时，可以保护器件不被损坏。±58V保护电压不受器件是否供电的影响。
4.4.3 热关断
CANFD-T3/T5 内部集成热关断保护，当器件的结温超出热关断门限TJ(shutdown) 时，将关闭驱动器，阻断 TXD 驱动器输出与总线的连接。热关断期间，CAN 总线偏置在隐性电平，接收器则保持有效工作状态。一旦结温降低到正常工作范围，器件自动退出热关断，恢复正常工作。
4.4.4 限流保护
CANFD-T3/T5 器件的发送器还提供输出短路保护，一旦发生输出短路到电源或短路到地的故障时，驱动器将限制输出电流。当然，由于此时处于最大限流状态，有可能消耗较大的电源电流，而热关断功能为输出短路提供了二次防护。一旦短路故障解除，发送器将退出限流保护而进入有效工作状态。
4.4.5 发送器超时检测
CANFD-T3/T5 CAN 隔离收发器具有显性超时检测功能，超时时间为 tDOM，由此避免由于 CAN 控制器故障而将总线钳制在低电平(显性状态)。当 TXD 保持在显性状态对应电平(低电平)的时间超出 tDOM 时，器件关闭发送器，将总线释放到隐性状态，参见图 5.2。超时故障解除后，在 TXD 收到的信号上升沿重新使能发送器，隔离收发器恢复正常工作。发送器超时周期限制了 CANFD-T3/T5 的最小数据传输速率，按照 CAN 总线通信协议，允许在最差工作环境下，连续发送 11 个显性位，据此可以估算出 CANFD-T3/T5 所允许的最低速率是：11bits /tDOM = 11/ 2ms = 5.5kbps，即将 CANFD-T3/T5 的最低速率限制在5.5kbps。
图 4.2 发送器显性超时保护时序图
4.5 器件断电状态
CANFD-T3/T5 器件设计具有理想的无源输出状态，即在没有供电时，对总线呈现为“空载”，总线端 CANH、 CANL具有超低漏电流，避免未上电的总线节点加重总线负载。
4.6 浮空引脚
对于关键的逻辑输入引脚，器件内部提供上拉或下拉。例如，TXD 端口内部上拉至 VCC 或 VIO ，该引脚悬空时，将总线输出置于隐性状态。当S端口悬空时，其内部下拉至地，使器件处于正常工作模式。
5. 外观与包装尺寸
6. 电路设计与应用
6.1 典型连接电路
特别注意：CANFD-T5供电电压为5V CANFD-T3供电电压为3.3V
一般场合下，模块接上电源，端口和CAN 控制器及CAN 网络总线连接，无需外加器件便可直接使用。以CANFD-T3应用为例，给出了模块典型的应用电路连接。每个网络最多可接入 110个 CAN 节点。使用 CANFD 系列产品 时，最长通讯距离为 10 km。如果需要接入更多节点或通讯距离更长时，可通过 CAN中继器等设备进行扩展。
6.2 推荐应用电路图
模块应用在户外等恶劣的现场环境时，容易遭受大能量的雷击，此时需要对 CAN 信号端口添加更高等级的防护电路，保证模块不被损坏以及总线的可靠通讯。图4.2 提供了针对大能量雷击浪涌的推荐防护电路接线图。按非 屏蔽通信线试验配置进行测试，可满足IEC/EN61000-4-5差模±2kV，共模±4kV浪涌等级要求。
图 6.2 推荐应用电路
表 6.1 推荐参数BOM
标号 | 型号 | 标号 | 型号 |
C1 | 102，2KV | TVS | SMBJ15CA |
R3 | 1MΩ，1206 | GDT | B3D090L |
R1、R2 | 2.7Ω，2W (远距离适当减小) | T1 | B82793S0513N201 |
U1 | CANFD模块 | D1~D6 | 1N4007 (可不使用) |
模块应用在恶劣的现场环境时，需要在CAN 端口接入保护电路保证模块不被损坏和总线可靠通讯，尤其是容易受到干扰的节点处。另外，在使用屏蔽绞线时需要对屏蔽层可靠接地，建议采用单点接地。
若需要满足特定的浪涌等级要求时，建议使用如图5.2所示的推荐保护电路，电路的参数可以根据实际测试情况进行调整。单个 CAN 总线网络上，只需要短路头尾两个节点，在总线上加入终端电阻，其他节点开路即可。如表 1所示列出了一组推荐的电路参数，按非屏蔽通信线试验配置进行测试，可满足 IEC61000-4-5 差模±2kV， 共模±4kV 浪涌等级要求。另外，组网时，建议使用屏蔽双绞线，并对屏蔽层进行可靠的单点接地。
如表 1所示的参数仅为推荐值，实际取值可根据防护等级及器件成本综合考虑进行调整。R1与 R2建议选用 PTC， D1～D6建议选用快恢复二极管。
6.3 注意事项
(一) CAN总线组网时，无论节点数多少，距离远近，工作速率高低，都需要在总线上增加终端电阻；
(二) CAN控制器逻辑电平需与产品的电平相适应，否则可能造成无法通信；
(三) 组网时总线通讯距离与通讯速率以及现场应用相关，可根据实际应用和参考相关标准设计；
(四) 通讯线缆选择双绞线或屏蔽双绞线并尽量远离干扰源；
(五) 远距离通讯时，终端电阻值需要根据通讯距离以及线缆阻抗和节点数量选择合适值。
若在一些电磁干扰 非常严重的场合，建议使用双层屏蔽双绞线，CANH、CANL、CANG 均进行连接，CANG 接于内层屏蔽，外层屏蔽单点接大地。
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