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你可能忽视的总线收发器接口电平问题_电平_器件

少女玫瑰心 2024-11-16 07:05:08 0

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CMOS电平

现大部分数字集成电路采取的是CMOS工艺,其接口的电平大致符合如下定义:

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VIL<0.3Vcc;VIH>0.7Vcc;VOL<0.1Vcc;VOH>0.9Vcc。

以常见的5V、3.3V系统为例,相应的接口参数如表1。

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(图片来自网络侵删)

表1 不同供电下的电平哀求

注:表中数据仅为打算参考值,器件实际参数需参考相应的数据手册。

电平不匹配

为了确保两个器件的旗子暗记可靠传输,必须担保:

驱动器输出的VOH(MIN)必须高于吸收器输入的VIH(MIN)。
驱动器输出的VOL(MAX)必须低于吸收器输入的VIL(MAX)。
驱动器输出的输出电压不得超过吸收器输入的I/O电压容差。

当两个CMOS器件连接在一起时,若供电电压同等,旗子暗记传输不存在问题。
若两个器件供电电压不一致,则会存在电平不匹配问题。

以3.3V器件与5V器件连接为例,会涌现以下两个问题:

5V器件输入引脚可能无法识别3.3V器件输出的高电平

如图1,3.3V器件输出VOH最大值3.3V也无法达到5V器件VIH的最小值3.5V,无法担保3.3V器件输出的高电平被精确识别。
由于器件设计有一定余量,在测试时可能仍可正常事情,但存在风险,如涌现器件电压颠簸时,就会涌现问题。

图1 3.3V器件输出,5V旗子暗记输入

5V器件输出高电平可能破坏3.3V器件输入接口。

如图2,5V器件输出高电平旗子暗记远高于3.3V,若3.3V器件输入引脚不支持5V电平输入,则事情时会有电流注意灌输3.3V器件,严重会造成器件破坏。

图2 5V旗子暗记输出,3.3V旗子暗记输入

隔离收发器选型

以CTM1051(A)M系列产品为例,其内部采取的CMOS技能的芯片,引脚电平如图3,符合CMOS电平标准。
在选型时,该当针对不同的MCU选择相应型号,才能杜绝因电平不匹配产生问题,若MCU为5V供电,应选择CTM1051M;若MCU为3.3V供电,则选择CTM1051AM。

图3 CTM1051(A)M引脚电平

实际案例

客户利用于我司一款隔离CAN收发器模块,已经大批量出货,但运用中涌现个别非常征象。
非常产品表现为CAN总线间歇性通讯故障。
当产品处于高温环境时(如65℃),对其进行重复上电,可复现通讯故障征象。

1、复现非常

将非常品置于65℃的烤箱中,并对以下旗子暗记进行测试:MCU供电、TXD、CAN差分、CAN模块供电。
未涌现非常时,各点波形如图4。
可以看到,MCU是3.3V供电,电压稳定在3.2V旁边,CAN模块供电稳定在5.07V旁边,CAN差分波形与TXD旗子暗记对应无非常。

图4 正常时波形

对非常板卡进行重复上电,CAN总线涌现大量缺点帧,问题复现。
非常时,各点波形如图5,MCU供电电压、CAN模块供电电压同时涌现颠簸,并涌现非常位。
非常位涌现时,MCU供电低落到3.08V,CAN模块供电上升至5.19V。

图5 非常时波形

仔细不雅观察非常位波形,如图6,创造TXD变为高电平时,CAN差分电平并未跟随变革,而当TXD再次涌现一个小的噪声尖峰时,CAN差分电平才变为隐性电平。
结合此时MCU供电电压低落,CAN模块供电反而上升的情形,初步确定问题是因供电电压颠簸,造成TXD高电平无法识别导致。

图6 非常位波形

2、问题定位

因疑惑TXD电平无法识别,对CAN模块的TXD高电平阀值电压值进行测试。
不同输入电压下,测试数据如表3。

表3 非常品TXD高电平阀值电压

从测试数据看出,在不同的环境温度下,TXD高电平阀值电压变革均不大。
4.75V供电时,阀值约2.91V;5V供电时,阀值约3.06V;5.25V供电时,阀值约3.2V。

如图5,非常位涌现时,CAN模块的供电为5.19V,此时TXD高电平阀值该当约为3.17V,而MCU的供电仅为3.08V,IO输出电压无法达到3.17V,故无法识别高电平。
当TXD涌现噪声尖峰时,使TXD短韶光高于3.17V,触发CAN模块内部切换,总线差分旗子暗记发生变革。

此处验证了上文的预测,确定故障发生缘故原由为:高温上电时,MCU、CAN模块供电电压涌现颠簸,CAN模块的TXD引脚无法识别MCU发生的高电平旗子暗记,导致缺点帧持续涌现,造成CAN通信中断。

3、办理方案

改换为电平匹配的隔离模块后(由5V隔离模块改换成3.3V隔离模块),TXD高电平阀值电压及CAN总线通讯电平幅值如下图7所示,均已规复正常幅值,通讯无非常。

图7 改换模块后的TXD高电平阀值以及CAN总线电平

备注:来源于网络,侵删!

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