[参考译文] TCAN4550：温度影响 TCAN5440通信

Nan、您好！

这个与温度相关的错误听起来好像是由时钟电路引起的、我将尝试向您解释器件的工作原理并回答您的问题。

TCAN4550旨在支持两种不同类型的时钟、它将自动检测用于实现快速启动时间的时钟类型。  它可以使用的两种时钟类型是晶体振荡器或波形在0V 和 VIO 之间波动的单端时钟、即3.3V 或5V。

使用晶体振荡器时、TCAN4550将从 OSC1引脚拉出电流、以支持晶体的电感、负载电容器的电容和电路板寄生电容产生的振荡。  TCAN4550具有一个峰值检测器和自动增益控制电路、此电路监控 OSC1引脚上的振荡电压并调节为晶振提供的电流以保持一个理想的1Vpp 振荡振幅。  如果峰峰值振荡电压超过1Vpp、则 TCAN4550将向晶体提供最小电流水平。

OSC2引脚是晶体振荡器到 TCAN4550的输入、它将获取由晶体产生的这个振荡波形并将其转换为 TCAN4550使用的内部工作时钟。  

OSC2管脚上还包括一个数字比较器、用于检测"接地"管脚、这是启用单端时钟模式的方法。  该比较 器的电压阈值用于确定引脚是否"接地"并设置为大约100mV。  由于器件间的差异和最坏情况下的半导体工艺变化、此比较器的实际阈值在不同器件上会略有不同、但作为此参数的最小/最大规格、它将介于90mV 和150mV 之间。

1uA 电流源用于为 OSC2 引脚提供小电流、当器件启动时、如果该引脚接地、 该电流将流向 GND、OSC2引脚电压将小于100mV、从而使器件在单端时钟模式下加电。  在此模式下、外部单端时钟将被输入 OSC1引脚上的 TCAN4550。  但是、由于 OSC1引脚也用作晶体模式中使用的跨阻放大器的输出、因此必须在单端模式下禁用晶体放大器、以便在单端模式下可以成为输入引脚。

当 OSC2引脚未接地以与晶振配合使用时、1uA 的小电流将不会有良好的接地路径、并导致 OSC2引脚高于100mV 单端检测比较器阈值。  这将导致 TCAN4550在启用互阻抗放大器的情况下启动、并且器件将开始从 OSC1引脚向晶体提供电流。  最初、TCAN4550将向晶体提供最大电流量、以便为负载电容充电并启动振荡。  一旦此振荡开始、自动增益控制电路将开始减小此电流、以简单地替换通过电路中寄生电阻损耗的电流。

当晶振振振振荡时、OSC2管脚上的电压"应该"一直大于100mV、幅值为1Vpp、共模电压通常在600mV 至700mV 之间。   确切的电压电平由 RLC 参数和电路中组件(负载电容器、阻尼电阻器以及晶体的动态电感、电容和电阻)产生的分压器决定  

产生的振荡电压与晶体产生的机械振动成正比、增加流经晶体的电流将增加电压振幅。

如果该电路中的组件未进行优化、振荡电压电平可能会导致 OSC2引脚电压降至单端检测比较器的100mV (典型值)阈值以下、并导致 TCAN4550切换到单端时钟模式。 自动增益控制电路具有其必须提供的"最小"电流量、如果未正确选择电路中的组件、则该最小电流可能仍是所需的更大电流、振荡振幅可能超过理想的1Vpp 值。  振荡的共模电压可能变化不大、并且仍以600mV 至700mV 为中心、但较高的峰间电压将导致波形的最高"峰值"和最低"峰值"电压电平分别增加和降低。  如果振荡波形的最低"峰值"电压变得过低、这可能导致单端检测电压认为 OSC2引脚是"接地"的。

发生这种情况时、器件将禁用传输阻抗放大器、以便将电流输送到 OSC1引脚上的晶体、并希望在该引脚上输入单端时钟。  但是、由于在使用晶振时没有单端时钟、TCAN4550将没有有效时钟并且通信将被禁用。  但是、如果没有电流流入晶振、振荡振幅将衰减、OSC2引脚电压将增加、从而使器件能够切换回晶振模式。  这种在两种时钟模式之间切换的过程可能会通过非优化电路重复进行。

除了来自负载电容器的电容外、PCB 和 TCAN4550寄生引脚电容还必须作为此电路中使用的总负载电容的一部分。  该寄生电容在整个温度范围内不如用作负载电容器的高质量电容器那样稳定。  当温度升高时、电路中的寄生电容会发生变化、这会影响振荡波形、因为这会改变电路中的电容。  这就是您能够通过提高温度来造成通信问题的原因。

因此、要回答您的第一个问题、我们需要优化电路、以防止 OSC2波形的最低"峰值"电压电平在所有温度条件下下降到150mV 以下。  如果可能、我们还应尝试在高于该阈值的 OSC2引脚上的最低峰值电压之间提供额外裕量、以确保有足够的裕量来考虑晶体和电容器的制造容差等  对于某些晶体、可能无法实现完全200mV 的裕度、但建议优化电路以尽可能增加裕度、从而确保稳定性。

第二个问题本质上是我们如何优化此电路并产生该裕度。  概括地说、我们需要减小流经晶体的电流、以便减少机械振动和此振动产生的峰峰值电压。

由于 TCAN4550通过 OSC1引脚提供给晶体的最小电流大于晶体所需的电流量、 首选方法是在 OSC1引脚和晶体之间放置一个串联电阻器、以抑制或限制流经晶体的电流。  在 OSC2引脚和晶振之间包含一个串联电阻器不会限制流经晶振的电流、并且基本上位于晶振的错误一侧。

如果不能在 OSC1和晶振之间串联阻尼电阻器、则唯一的另一种选择是通过增加负载电容器的值来改变电路的总阻性负载。  增大电容的潜在缺点是、这也会在振荡频率中产生小幅频移。  好消息是、CAN 标准在规范中具有足够的容差、因此从通信角度来看、这种变化不应成为问题。  

我们已经看到、OSC1上的50至100欧姆串联阻尼电阻器提供的结果与每个电容器增加3-4pF 的结果相同。  这就是为什么它是优化电路的首选方法、因为它允许将电容调谐到理想频率。  不过、与电阻器的折衷是它会降低负电阻和安全系数。

我希望这澄清了 TCAN4550的工作原理并回答了您的问题。

如需更多信息、请参阅此应用手册 ：https://www.ti.com/lit/pdf/slla549

此致、

Jonathan