LT3960：I2C到CAN物理層的強(qiáng)大轉(zhuǎn)換器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，如何在惡劣或嘈雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)可靠的通信一直是工程師們面臨的挑戰(zhàn)。今天，我們要介紹一款出色的產(chǎn)品——LT3960，它是一款高速收發(fā)器，能夠通過CAN物理層將單主I2C總線擴(kuò)展到惡劣或嘈雜環(huán)境中，最高通信速率可達(dá)400kbps。

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產(chǎn)品特性

電氣保護(hù)與穩(wěn)定性

• 過壓保護(hù)：LT3960具備強(qiáng)大的過壓保護(hù)能力，其I2CAN接口引腳（CANSCLH、CANSCLL、CANSDAH、CANSDAL）可承受±40V的過壓線路故障，這使得它在許多工業(yè)和汽車應(yīng)用中能夠穩(wěn)定工作。
• 寬電源范圍：支持4V至60V的電源供應(yīng)范圍，并內(nèi)置3.3V穩(wěn)壓器。同時(shí)，它還支持3.3V或5V的總線電壓，為不同的應(yīng)用場景提供了靈活的電源選擇。
• 擴(kuò)展共模范圍：接收器具有擴(kuò)展的共模范圍，當(dāng)工作在5V VCC時(shí)為 -36V至36V，工作在3.3V VCC時(shí)為 -25V至25V。這種寬共模范圍提高了在存在電氣噪聲或局部接地電位差的環(huán)境中的操作可靠性。

通信性能

• 高速通信：支持高達(dá)400kbps的I2C通信速率，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用的高速數(shù)據(jù)傳輸需求。
• 雙向通信：在數(shù)據(jù)通道（SDA和CANSDA）上支持雙向通信，確保數(shù)據(jù)的高效傳輸。

其他特性

• 電流限制與熱關(guān)斷：驅(qū)動(dòng)器具有電流限制功能，并配備熱關(guān)斷保護(hù)，可防止芯片在過熱時(shí)損壞。
• 無毛刺輸出：在電源啟動(dòng)和關(guān)閉過程中，能夠保證輸出無毛刺，避免對I2CAN總線造成干擾。
• 傳輸數(shù)據(jù)主導(dǎo)超時(shí)功能：內(nèi)置1.5ms（典型值）的定時(shí)器，可限制驅(qū)動(dòng)器將I2CAN總線保持在主導(dǎo)狀態(tài)的時(shí)間，提高通信的可靠性。

工作原理

LT3960通過兩個(gè)集成的CAN收發(fā)器，為單端I2C時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號創(chuàng)建差分代理，使其能夠通過兩對雙絞線穿越惡劣或嘈雜的環(huán)境。每個(gè)收發(fā)器由發(fā)射器和接收器組成，能夠快速將單端I2C主導(dǎo)信號轉(zhuǎn)換為差分主導(dǎo)信號，反之亦然。

在最簡單的設(shè)置中，使用兩個(gè)LT3960設(shè)備。一個(gè)連接到I2C主設(shè)備（如微控制器），另一個(gè)通過兩對雙絞線連接到第一個(gè)設(shè)備，并為一個(gè)或多個(gè)I2C從設(shè)備本地再生I2C總線。時(shí)鐘信號僅從主設(shè)備向從設(shè)備單向傳輸，而數(shù)據(jù)信號則始終允許雙向通信。

引腳功能

• CANSDAL（引腳1）和CANSDAH（引腳2）：分別為低電平和高電平CAN總線線路，用于傳輸I2C數(shù)據(jù)總線。
• CANSCLH（引腳4）和CANSCLL（引腳5）：分別為高電平和低電平CAN總線線路，用于傳輸I2C時(shí)鐘總線。
• GND（引腳3和暴露焊盤）：接地引腳，暴露焊盤必須直接焊接到接地平面。
• VIN（引腳6）：輸入電壓供應(yīng)引腳，是LDO的電源輸入，需在引腳附近使用1μF濾波電容進(jìn)行本地旁路。
• EN/MODE（引腳7）：模式/關(guān)斷引腳，用于選擇主模式、從模式或低功耗關(guān)斷模式。
• VCC（引腳8）：低壓差穩(wěn)壓器輸出和設(shè)備電源輸入引腳，需使用2.2μF或更大的電容進(jìn)行旁路。
• SCL（引腳9）：I2C串行端口的時(shí)鐘輸入或輸出引腳，根據(jù)EN/MODE引腳的狀態(tài)確定其功能。
• SDA（引腳10）：I2C串行端口的數(shù)據(jù)輸入和輸出引腳。

應(yīng)用信息

電源電壓范圍

LT3960可以使用或不使用其內(nèi)部LDO。將VIN連接到VCC并直接從3.3V或5V電源供電將繞過LDO。使用5V電源時(shí)，發(fā)射器共模電壓和接收器共模輸入范圍會增加，但在3.6V至4.5V的電源下操作不推薦，因?yàn)樵诖饲袚Q點(diǎn)內(nèi)部電壓存在不連續(xù)性。當(dāng)使用內(nèi)部LDO生成3.3V總線電源時(shí)，允許4V至60V的任何VIN電源電壓。

主模式和從模式配置

• 主模式：連接到I2C主設(shè)備的LT3960必須工作在主模式，EN/MODE引腳驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)大于2.5V。建議將VCC連接到VIN，并由3.3V或5V的總線電壓驅(qū)動(dòng)。
• 從模式：連接到I2C從設(shè)備的LT3960必須工作在從模式，EN/MODE引腳電壓應(yīng)在0.7V至2V之間。通常，將EN/MODE引腳浮空即可使LT3960進(jìn)入從模式。

與標(biāo)準(zhǔn)CAN收發(fā)器的區(qū)別

需要注意的是，雖然LT3960使用CAN物理層進(jìn)行雙向I2C數(shù)據(jù)傳輸，但它創(chuàng)建的CANSCL和CANSDA總線不是傳統(tǒng)的CAN總線，不能與標(biāo)準(zhǔn)CAN收發(fā)器在多節(jié)點(diǎn)配置中共享。

故障保護(hù)與性能優(yōu)化

• ±40V故障保護(hù)：LT3960在I2CAN接口引腳上提供±40V的故障保護(hù)，即使在VCC開路或短路到地的情況下也能保護(hù)設(shè)備。
• I2CAN總線終端：I2CAN總線必須在每對雙絞線的末端使用120Ω電阻進(jìn)行終端匹配。采用分裂終端技術(shù)可以減少共模電壓擾動(dòng)，降低電磁輻射。
• 多節(jié)點(diǎn)應(yīng)用：LT3960可用于多節(jié)點(diǎn)設(shè)置，通過多個(gè)從模式LT3960在I2CAN總線沿線的多個(gè)PCB上生成多個(gè)本地I2C總線。但在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意短截線長度應(yīng)小于0.3m，且CANSDA和CANSCL總線的短截線長度應(yīng)盡量接近。

最大數(shù)據(jù)傳輸速率

在LT3960應(yīng)用中，成功的通信依賴于I2C從設(shè)備在接收到數(shù)據(jù)字節(jié)后及時(shí)進(jìn)行確認(rèn)（ACK）。為了確保在所需的傳輸速率下I2C主設(shè)備能夠接收到從設(shè)備的ACK，需要滿足一定的條件。建議使用Fast-mode Plus（1MHz）設(shè)備代替Fast-mode（400kHz）設(shè)備，以提高數(shù)據(jù)傳輸速率和通信距離。

總結(jié)

LT3960是一款功能強(qiáng)大的I2C到CAN物理層轉(zhuǎn)換器，具有出色的電氣保護(hù)、高速通信和靈活的配置選項(xiàng)。它適用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、汽車網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程傳感器等多種應(yīng)用場景。在設(shè)計(jì)使用LT3960的系統(tǒng)時(shí)，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求合理選擇電源配置、模式設(shè)置和總線終端方式，以確保系統(tǒng)的可靠性和性能。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似的通信挑戰(zhàn)？你認(rèn)為LT3960在哪些方面還可以進(jìn)一步優(yōu)化？歡迎在評論區(qū)分享你的看法。