在CAN总线通信中，收发器（CAN Transceiver）不仅是信号转换的桥梁，还承担了多种关键功能，确保通信的可靠性、稳定性和安全性。以下是收发器的主要功能及其技术细节：

**1. 信号电平转换与差分驱动

• 功能描述：

• 将CAN控制器的TTL/CMOS逻辑电平（0V~3.3V/5V）转换为差分信号（CAN_H和CAN_L），反之亦然。

• 差分信号通过CAN_H和CAN_L的电压差（通常为2V~3V）表示逻辑“1”（隐性）和“0”（显性）。

• 技术细节：

• 显性状态：CAN_H - CAN_L ≈ 2V（逻辑“0”）。

• 隐性状态：CAN_H - CAN_L ≈ 0V（逻辑“1”）。

• 收发器通过差分放大器确保信号在总线上的稳定传输。

类比：

• 就像两个人通过电话线通话，收发器是“电话机”，将声音（逻辑电平）转换为电信号（差分信号）并传输到总线上。

**2. 电气隔离与保护

• 功能描述：

• 提供电气隔离，防止总线上的高压、噪声或瞬态电压损坏控制器。

• 集成保护电路（如过压保护、过流保护、静电放电（ESD）保护）。

• 技术细节：

• 隔离电压：某些收发器（如TJA1042i）支持高达2.5kV的隔离电压。

• ESD保护：符合IEC 61000-4-2标准，可承受±8kV接触放电。

• 热保护：当总线短路或过载时，收发器会自动关闭输出，防止过热。

应用场景：

• 在汽车电子中，CAN总线可能直接连接到电池（12V/24V），而控制器工作在3.3V/5V。收发器通过隔离和保护功能确保控制器安全。

**3. 总线驱动与负载匹配

• 功能描述：

• 提供足够的驱动能力，支持多个节点（最多110个，视总线长度和速率而定）。

• 与总线两端的120Ω终端电阻配合，确保信号反射最小化。

• 技术细节：

• 输出电流：通常>50mA，足以驱动总线。

• 信号斜率控制：通过外接电阻调整信号上升/下降时间，减少电磁辐射（EMI）。

数据对比：

• 控制器输出电流：通常<10mA。

• 收发器输出电流：通常>50mA，足以驱动总线。

**4. 抗干扰与信号完整性

• 功能描述：

• 通过差分信号和共模抑制技术，有效抵抗电磁干扰（EMI）和噪声。

• 支持高速CAN（如CAN FD）和长距离传输（如1Mbps时最长40米）。

• 技术细节：

• 共模抑制比（CMRR）：通常>60dB，抑制共模干扰。

• 信号完整性：通过精确的差分放大器设计，确保信号在总线上的完整性。

实验验证：

• 在无收发器的情况下，直接用逻辑电平连接总线，通信距离可能不足1米，且极易受干扰。

• 使用收发器后，通信距离可扩展至100米以上，且误码率显著降低。

**5. 故障检测与诊断

• 功能描述：

• 提供总线故障检测功能（如总线短路、开路、过压等）。

• 通过状态引脚（如TXD Dominant Timeout、Dominant Timeout）向控制器报告故障。

• 技术细节：

• TXD Dominant Timeout：当总线持续显性超过一定时间（如1ms）时，收发器自动关闭输出，防止总线锁死。

• Dominant Timeout：当总线持续显性超过设定时间（如100μs）时，收发器向控制器发送故障信号。

应用场景：

• 在工业自动化中，如果某个节点的收发器检测到总线短路，会自动关闭输出，避免影响其他节点的通信。

**6. 低功耗与节能模式

• 功能描述：

• 支持低功耗模式（如待机模式、睡眠模式），降低系统功耗。

• 通过使能引脚（如STB）控制收发器的开关状态。

• 技术细节：

• 待机电流：通常<10μA，适合电池供电设备。

• 唤醒时间：从睡眠模式唤醒到正常工作状态的时间通常<10μs。

应用场景：

• 在物联网设备中，收发器可以在空闲时进入低功耗模式，延长电池寿命。

**7. 兼容性与标准化

• 功能描述：

• 遵循ISO 11898标准，确保与不同厂商的CAN控制器和总线设备兼容。

• 支持多种总线速率（如10kbps~5Mbps）和拓扑结构（如线型、星型）。

• 技术细节：

• 总线速率：支持标准CAN（1Mbps）和高速CAN FD（5Mbps）。

• 拓扑结构：支持线型总线（最多110个节点）或星型拓扑（通过集线器）。

兼容性示例：

• 汽车电子中，不同供应商的ECU（发动机控制单元、ABS等）可能使用不同的MCU和收发器，但通过标准CAN总线仍能可靠通信。

**8. 高级功能（部分收发器支持）

• 功能描述：

• 局部唤醒（Partial Networking）：支持部分节点唤醒，降低系统功耗。

• 时间触发CAN（TTCAN）：支持时间同步通信，适用于实时性要求高的应用。

• 故障安全模式：在总线故障时自动切换到安全状态，确保系统安全。

• 技术细节：

• 局部唤醒：通过特定报文唤醒指定节点，其他节点保持睡眠状态。

• TTCAN：通过时间片分配实现确定性通信，适用于汽车动力总成控制。

应用场景：

• 在电动汽车中，局部唤醒功能可以仅唤醒电池管理系统（BMS），而其他节点保持睡眠状态，降低功耗。

总结：收发器的核心功能表

为什么收发器的功能如此重要？

1. 可靠性：电气隔离和保护功能确保系统在恶劣环境下稳定运行。

2. 兼容性：标准化设计确保不同厂商的设备能够互操作。

3. 灵活性：支持多种速率和拓扑，适应不同应用场景。

4. 安全性：故障检测和诊断功能防止总线锁死或通信中断。

5. 节能：低功耗模式延长电池寿命，适用于物联网和汽车电子。

直接结论：

• CAN收发器不仅是信号转换的桥梁，更是CAN总线通信中确保可靠性、兼容性和安全性的核心组件。

• 在设计CAN总线系统时，务必根据应用需求选择合适的收发器（如是否需要隔离、高速、低功耗等特性）。

建议：

• 对于汽车电子，推荐使用支持高速CAN FD和隔离的收发器（如TJA1042T）。

• 对于工业自动化，推荐使用支持故障检测和诊断的收发器（如TJA1050T）。

• 对于低功耗应用，推荐使用支持待机模式的收发器（如TJA1043）。