汽車級CAN FD收發(fā)器TCAN1044AEV-Q1：技術解析與應用指南

在汽車電子領域，CAN（Controller Area Network）總線作為一種廣泛應用的通信協(xié)議，對于實現(xiàn)車輛各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互至關重要。而CAN收發(fā)器則是CAN總線通信的核心部件，它負責將控制器的數(shù)字信號轉換為適合在CAN總線上傳輸?shù)牟罘?a target="_blank">信號，以及將總線上的差分信號轉換回數(shù)字信號供控制器處理。今天，我們就來詳細解析一款具有1.8V I/O支持功能的0級故障保護CAN FD收發(fā)器——TCAN1044AEV-Q1。

文件下載：tcan1044aev-q1.pdf

一、器件概述

TCAN1044AEV-Q1是德州儀器（Texas Instruments）推出的一款高速CAN收發(fā)器，完全符合面向汽車應用的AEC-Q100（0級）標準，滿足ISO 11898-2:2016高速CAN規(guī)范物理層要求。該器件具有出色的電磁兼容性（EMC），支持傳統(tǒng)CAN和經(jīng)優(yōu)化的CAN FD性能，數(shù)據(jù)速率低至9.2kbps，最高可達8Mbps，非常適合汽車和運輸領域的各種應用。

二、特性亮點

2.1 廣泛的標準兼容性

• 符合ISO 11898-2:2016物理層標準要求，同時支持ISO 11898-5:2007、SAE J2284等多種CAN和CAN FD標準，為不同的汽車應用場景提供了強大的兼容性。
• 滿足IEC 62228-3、VeLIO、SAE J2962-2等EMC要求，確保在復雜的電磁環(huán)境下穩(wěn)定工作。

2.2 豐富的保護特性

• 具備總線故障保護（±58V）、欠壓保護、熱關斷（TSD）、TXD顯性超時（DTO）等多種保護功能，有效提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
• 在電源欠壓或浮動引腳情況下，定義了明確的失效防護行為，保障系統(tǒng)在異常情況下的安全運行。

2.3 靈活的I/O電壓支持

通過$V_{IO}$引腳實現(xiàn)內(nèi)部邏輯電平轉換功能，允許將收發(fā)器I/O直接連接到1.8V、2.5V、3.3V或5V邏輯電平，無需額外的電平轉換電路，簡化了系統(tǒng)設計。

2.4 低功耗待機模式

支持低功耗待機模式，可通過符合ISO 11898-2:2016所定義喚醒模式（WUP）的CAN總線喚醒，在降低系統(tǒng)功耗的同時，確保系統(tǒng)能夠及時響應外部事件。

2.5 優(yōu)化的封裝設計

提供8引腳SOIC和小型SOT-23封裝，滿足不同應用場景對空間的要求。同時，優(yōu)化了未上電時的性能，總線和邏輯引腳為高阻抗，支持熱插拔，實現(xiàn)上電/斷電無干擾運行。

三、引腳配置與功能

四、電氣特性與性能參數(shù)

4.1 絕對最大額定值

4.2 ESD額定值

靜電放電（ESD）是電子器件常見的失效原因之一。TCAN1044AEV-Q1具有良好的ESD防護能力，其HBM（人體模型）和CDM（帶電器件模型）等級分別為：

• HBM：所有引腳為±4000V（3A類），CANH和CANL相對于GND為±10000V（3B類）
• CDM：所有引腳為±750V（C5類）

4.3 推薦工作條件

4.4 其他特性參數(shù)

除了上述參數(shù)外，文檔還詳細介紹了TCAN1044AEV-Q1的熱特性、電源特性、耗散額定值、電氣特性和開關特性等參數(shù)，這些參數(shù)對于深入了解器件的性能和進行系統(tǒng)設計具有重要的參考價值。

五、功能描述與工作模式

5.1 CAN總線狀態(tài)

CAN總線在運行過程中有兩種邏輯狀態(tài)：隱性（Recessive）和顯性（Dominant）。顯性狀態(tài)對應TXD和RXD引腳的邏輯低電平，隱性狀態(tài)對應邏輯高電平。在仲裁過程中，顯性狀態(tài)會覆蓋隱性狀態(tài)。此外，TCAN1044AEV-Q1還支持低功耗待機（STB）模式，在此模式下，總線引腳通過接收器的高阻值內(nèi)部電阻弱偏置到地。

5.2 TXD顯性超時（DTO）

在正常模式下，當TXD引腳保持顯性狀態(tài)超過$t_{TXD_DTO }$（1.2ms至4.0ms）時，TXD DTO電路會觸發(fā)，禁用CAN驅動器，以防止本地節(jié)點因硬件或軟件故障而阻塞網(wǎng)絡通信。當TXD引腳出現(xiàn)隱性信號時，CAN驅動器重新激活。

5.3 CAN總線短路電流限制

該器件具有多種保護功能，可限制CAN總線短路時的短路電流。在選擇CAN設計的終端電阻或共模扼流圈時，應考慮平均短路電流$I{OS(AVG)}$，其計算公式為： $I{OS(AVG)} = %Transmit times [(%RECBits times I{OS(SS)_REC}) + (%DOMBits times I{OS(SS)_DOM})]$

5.4 熱關斷（TSD）

當器件的結溫超過熱關斷閾值$T{TSD}$（175°C至210°C）時，器件會關閉CAN驅動器電路，阻止TXD到總線的傳輸路徑。當結溫下降到$T{TSD}$以下時，關斷條件解除。

5.5 欠壓鎖定

$V{CC}$和$V{IO}$引腳具有欠壓檢測功能，當任一電源引腳出現(xiàn)欠壓事件時，器件會進入保護狀態(tài)，以保護總線。具體的器件狀態(tài)和總線表現(xiàn)如下表所示：

5.6 工作模式

TCAN1044AEV-Q1具有兩種主要工作模式：正常模式和待機模式，通過STB引腳的高低電平進行選擇。

• 正常模式：CAN驅動器和接收器完全工作，CAN通信雙向進行。
• 待機模式：低功耗模式，CAN驅動器和主接收器關閉，雙向CAN通信不可用。低功耗接收器和總線監(jiān)控電路啟用，允許通過CAN總線進行RXD喚醒請求。

六、應用信息與設計建議

6.1 典型應用

TCAN1044AEV-Q1可用于與包含CAN協(xié)議鏈路層部分的主機控制器或FPGA配合的應用中，如車身控制模塊、汽車網(wǎng)關、高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、信息娛樂系統(tǒng)等。

6.2 設計要求

• CAN終端：終端可以是總線兩端的單個120Ω電阻，也可以采用分裂終端以過濾和穩(wěn)定總線的共模電壓，提高網(wǎng)絡的電磁發(fā)射性能。
• 總線負載、長度和節(jié)點數(shù)量：典型的CAN應用最大總線長度為40米，最大分支長度為0.3米。但通過精心設計，用戶可以延長電纜長度和增加節(jié)點數(shù)量。TCAN1044AEV-Q1具有較高的輸入阻抗，理論上支持單個總線段上超過100個收發(fā)器，但實際應用中需要考慮信號損失、寄生負載、時序等因素。

6.3 電源供應建議

建議使用電壓范圍在4.5V至5.5V的$V{CC}$電源和1.8V至5.5V的$V{IO}$電源，并且兩個電源輸入都要進行良好的穩(wěn)壓和濾波。在CAN收發(fā)器的$V{CC}$和$V{IO}$電源引腳附近應放置一個典型值為100nF的去耦電容。

6.4 PCB布局建議

為了確保CAN節(jié)點的穩(wěn)健和可靠設計，在PCB設計中應采用高頻布局技術，具體建議如下：

• 將保護和濾波電路靠近總線連接器放置，防止瞬態(tài)、ESD和噪聲傳播到電路板上。
• 設計總線保護組件時應遵循信號路徑方向，避免瞬態(tài)電流繞過保護器件。
• 去耦電容應盡可能靠近收發(fā)器的$V{CC}$和$V{IO}$電源引腳，并使用至少兩個過孔進行電源和接地連接，以減少走線和過孔的電感。

七、總結

TCAN1044AEV-Q1作為一款高性能的汽車級CAN FD收發(fā)器，憑借其廣泛的標準兼容性、豐富的保護特性、靈活的I/O電壓支持和低功耗待機模式等優(yōu)點，為汽車電子系統(tǒng)的設計提供了可靠的解決方案。在實際應用中，工程師們需要根據(jù)具體的設計要求，合理選擇器件的工作模式、配置電源和進行PCB布局，以充分發(fā)揮器件的性能優(yōu)勢，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

你在使用TCAN1044AEV-Q1或其他CAN收發(fā)器的過程中遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。