在CAN總線通信中，收發器（CAN Transceiver）不僅是信號轉換的橋梁，還承擔了多種關鍵功能，確保通信的可靠性、穩定性和安全性。以下是收發器的主要功能及其技術細節：

**1. 信號電平轉換與差分驅動

• 功能描述：

• 將CAN控制器的TTL/CMOS邏輯電平（0V~3.3V/5V）轉換為差分信號（CAN_H和CAN_L），反之亦然。

• 差分信號通過CAN_H和CAN_L的電壓差（通常為2V~3V）表示邏輯“1”（隱性）和“0”（顯性）。

• 技術細節：

• 顯性狀態：CAN_H - CAN_L ≈ 2V（邏輯“0”）。

• 隱性狀態：CAN_H - CAN_L ≈ 0V（邏輯“1”）。

• 收發器通過差分放大器確保信號在總線上的穩定傳輸。

類比：

• 就像兩個人通過電話線通話，收發器是“電話機”，將聲音（邏輯電平）轉換為電信號（差分信號）并傳輸到總線上。

**2. 電氣隔離與保護

• 功能描述：

• 提供電氣隔離，防止總線上的高壓、噪聲或瞬態電壓損壞控制器。

• 集成保護電路（如過壓保護、過流保護、靜電放電（ESD）保護）。

• 技術細節：

• 隔離電壓：某些收發器（如TJA1042i）支持高達2.5kV的隔離電壓。

• ESD保護：符合IEC 61000-4-2標準，可承受±8kV接觸放電。

• 熱保護：當總線短路或過載時，收發器會自動關閉輸出，防止過熱。

應用場景：

• 在汽車電子中，CAN總線可能直接連接到電池（12V/24V），而控制器工作在3.3V/5V。收發器通過隔離和保護功能確保控制器安全。

**3. 總線驅動與負載匹配

• 功能描述：

• 提供足夠的驅動能力，支持多個節點（最多110個，視總線長度和速率而定）。

• 與總線兩端的120Ω終端電阻配合，確保信號反射最小化。

• 技術細節：

• 輸出電流：通常>50mA，足以驅動總線。

• 信號斜率控制：通過外接電阻調整信號上升/下降時間，減少電磁輻射（EMI）。

數據對比：

• 控制器輸出電流：通常<10mA。

• 收發器輸出電流：通常>50mA，足以驅動總線。

**4. 抗干擾與信號完整性

• 功能描述：

• 通過差分信號和共模抑制技術，有效抵抗電磁干擾（EMI）和噪聲。

• 支持高速CAN（如CAN FD）和長距離傳輸（如1Mbps時最長40米）。

• 技術細節：

• 共模抑制比（CMRR）：通常>60dB，抑制共模干擾。

• 信號完整性：通過精確的差分放大器設計，確保信號在總線上的完整性。

實驗驗證：

• 在無收發器的情況下，直接用邏輯電平連接總線，通信距離可能不足1米，且極易受干擾。

• 使用收發器后，通信距離可擴展至100米以上，且誤碼率顯著降低。

**5. 故障檢測與診斷

• 功能描述：

• 提供總線故障檢測功能（如總線短路、開路、過壓等）。

• 通過狀態引腳（如TXD Dominant Timeout、Dominant Timeout）向控制器報告故障。

• 技術細節：

• TXD Dominant Timeout：當總線持續顯性超過一定時間（如1ms）時，收發器自動關閉輸出，防止總線鎖死。

• Dominant Timeout：當總線持續顯性超過設定時間（如100μs）時，收發器向控制器發送故障信號。

應用場景：

• 在工業自動化中，如果某個節點的收發器檢測到總線短路，會自動關閉輸出，避免影響其他節點的通信。

**6. 低功耗與節能模式

• 功能描述：

• 支持低功耗模式（如待機模式、睡眠模式），降低系統功耗。

• 通過使能引腳（如STB）控制收發器的開關狀態。

• 技術細節：

• 待機電流：通常<10μA，適合電池供電設備。

• 喚醒時間：從睡眠模式喚醒到正常工作狀態的時間通常<10μs。

應用場景：

• 在物聯網設備中，收發器可以在空閑時進入低功耗模式，延長電池壽命。

**7. 兼容性與標準化

• 功能描述：

• 遵循ISO 11898標準，確保與不同廠商的CAN控制器和總線設備兼容。

• 支持多種總線速率（如10kbps~5Mbps）和拓撲結構（如線型、星型）。

• 技術細節：

• 總線速率：支持標準CAN（1Mbps）和高速CAN FD（5Mbps）。

• 拓撲結構：支持線型總線（最多110個節點）或星型拓撲（通過集線器）。

兼容性示例：

• 汽車電子中，不同供應商的ECU（發動機控制單元、ABS等）可能使用不同的MCU和收發器，但通過標準CAN總線仍能可靠通信。

**8. 高級功能（部分收發器支持）

• 功能描述：

• 局部喚醒（Partial Networking）：支持部分節點喚醒，降低系統功耗。

• 時間觸發CAN（TTCAN）：支持時間同步通信，適用于實時性要求高的應用。

• 故障安全模式：在總線故障時自動切換到安全狀態，確保系統安全。

• 技術細節：

• 局部喚醒：通過特定報文喚醒指定節點，其他節點保持睡眠狀態。

• TTCAN：通過時間片分配實現確定性通信，適用于汽車動力總成控制。

應用場景：

• 在電動汽車中，局部喚醒功能可以僅喚醒電池管理系統（BMS），而其他節點保持睡眠狀態，降低功耗。

總結：收發器的核心功能表

為什么收發器的功能如此重要？

1. 可靠性：電氣隔離和保護功能確保系統在惡劣環境下穩定運行。

2. 兼容性：標準化設計確保不同廠商的設備能夠互操作。

3. 靈活性：支持多種速率和拓撲，適應不同應用場景。

4. 安全性：故障檢測和診斷功能防止總線鎖死或通信中斷。

5. 節能：低功耗模式延長電池壽命，適用于物聯網和汽車電子。

直接結論：

• CAN收發器不僅是信號轉換的橋梁，更是CAN總線通信中確保可靠性、兼容性和安全性的核心組件。

• 在設計CAN總線系統時，務必根據應用需求選擇合適的收發器（如是否需要隔離、高速、低功耗等特性）。

建議：

• 對于汽車電子，推薦使用支持高速CAN FD和隔離的收發器（如TJA1042T）。

• 對于工業自動化，推薦使用支持故障檢測和診斷的收發器（如TJA1050T）。

• 對于低功耗應用，推薦使用支持待機模式的收發器（如TJA1043）。