探索TCAN1051：具備CAN FD與故障保護功能的CAN 收發(fā)器
探索TCAN1051：具備CAN FD與故障保護功能的CAN 收發(fā)器
在電子工程領域，CAN（Controller Area Network）收發(fā)器是構建可靠通信網(wǎng)絡的關鍵組件。它們就像繁忙城市中的交通指揮中心，確保數(shù)據(jù)在各個節(jié)點之間準確、高效地傳輸。今天，我們要深入探討TI公司推出的TCAN1051系列CAN收發(fā)器。這一系列產(chǎn)品以其出色的性能和豐富的功能，為眾多應用場景提供了強大的支持。
文件下載：tcan1051hg.pdf
1. 產(chǎn)品特性：卓越性能，保駕護航
1.1 標準合規(guī)性
TCAN1051系列嚴格遵循ISO 11898 - 2:2016和ISO 11898 - 5:2007物理層標準，這就好比為產(chǎn)品的性能和兼容性上了一道“保險鎖”，確保它能夠無縫融入各種符合這些標準的CAN網(wǎng)絡中，為不同系統(tǒng)之間的通信提供了可靠的保障。
1.2 功能安全設計
提供功能安全型文檔，這在工業(yè)控制、汽車電子等對安全要求極高的領域尤為重要。它就像一個專業(yè)的安全顧問，能夠幫助工程師們進行功能安全系統(tǒng)設計，讓整個系統(tǒng)在運行過程中更加穩(wěn)定、可靠，減少潛在的風險。
1.3 高速數(shù)據(jù)傳輸
所有器件都支持經(jīng)典CAN和高達2Mbps的CAN FD（靈活數(shù)據(jù)速率），而帶有“G”后綴的器件更是能實現(xiàn)高達5Mbps的數(shù)據(jù)速率。這使得它在高速數(shù)據(jù)傳輸方面表現(xiàn)出色，能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)自動化、汽車電子等領域對數(shù)據(jù)快速處理的需求。就像在高速公路上飛馳的跑車，能夠迅速將數(shù)據(jù)送達目的地。
1.4 低傳播延遲與高時序裕量
具有較短的對稱傳播延遲時間和快速循環(huán)次數(shù)，這大大增加了時序裕量。在有負載的CAN網(wǎng)絡中，能夠實現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)速率，確保數(shù)據(jù)能夠及時、準確地傳輸，避免了數(shù)據(jù)擁堵和延遲的問題。
1.5 寬電壓范圍支持
I/O電壓范圍支持3.3V和5V的MCU，這使得它具有很強的通用性和適應性，能夠與不同電壓標準的微控制器輕松配合，為各種應用場景提供了更多的選擇。
1.6 理想無源行為
在未供電時，總線和邏輯引腳處于高阻態(tài)，無負載，并且在總線和RXD輸出上能夠實現(xiàn)上電/斷電無干擾運行。這就好比一個安靜的“旁觀者”，在不工作時不會對其他設備產(chǎn)生任何影響，保證了整個網(wǎng)絡的穩(wěn)定性。
1.7 多重保護特性
- ESD保護：HBM ESD保護高達±16kV，IEC ESD保護高達±15kV，能夠有效抵御靜電放電的沖擊，保護器件免受損壞。就像給器件穿上了一層堅固的“防彈衣”，增強了其在復雜電磁環(huán)境下的生存能力。
- 總線故障保護：非“H”型號的總線故障保護為±58V，“H”型號則達到±70V，能夠在總線出現(xiàn)異常電壓時及時保護器件，確保系統(tǒng)的正常運行。
- 欠壓保護：$V_{CC}$和VIO（僅限V型號）電源終端具有欠壓保護功能，當電源電壓低于設定值時，能夠自動進入保護狀態(tài)，防止器件因電壓不足而損壞。
- 驅動器顯性超時（TXD DTO）：數(shù)據(jù)速率低至10kbps時也能正常工作，能夠防止因TXD長時間保持顯性狀態(tài)而導致的網(wǎng)絡阻塞問題，確保網(wǎng)絡的暢通。
- 熱關斷保護（TSD）：當器件的結溫超過設定閾值時，會自動關閉CAN驅動電路，防止器件因過熱而損壞，提高了器件的可靠性和穩(wěn)定性。
1.8 寬溫度范圍與多樣封裝
結溫范圍為–55°C至150°C，能夠適應各種惡劣的工作環(huán)境。同時，采用SOIC (8) 封裝和無引線VSON (8) 封裝（3.0mm x 3.0mm），具有改進的自動光學檢查（AOI）功能，方便工程師進行生產(chǎn)和調(diào)試。
2. 應用領域：廣泛覆蓋，各顯神通
2.1 高負載CAN網(wǎng)絡
所有器件均支持高負載CAN網(wǎng)絡，在重型機械ISOBUS應用ISO 11783中，能夠穩(wěn)定、可靠地傳輸數(shù)據(jù)，確保機械設備的正常運行。就像一個強大的“數(shù)據(jù)橋梁”，連接著各個設備，讓整個系統(tǒng)協(xié)同工作。
2.2 工業(yè)自動化
在工業(yè)自動化、控制、傳感器和驅動系統(tǒng)中，TCAN1051系列能夠快速、準確地傳輸各種控制信號和傳感器數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的精確控制和監(jiān)測。它就像工業(yè)生產(chǎn)線上的“智能管家”，確保每一個環(huán)節(jié)都能高效運行。
2.3 樓宇自動化
在樓宇、安全和溫度控制自動化領域，能夠實時傳輸各種環(huán)境數(shù)據(jù)和控制指令，實現(xiàn)對樓宇設備的智能化管理。例如，通過與溫度傳感器和空調(diào)系統(tǒng)的連接，能夠根據(jù)室內(nèi)溫度自動調(diào)節(jié)空調(diào)的運行狀態(tài)，提高能源利用效率。
2.4 電信基站
在電信基站狀態(tài)和控制方面，能夠及時、準確地傳輸基站的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和控制指令，確?；镜姆€(wěn)定運行。就像一個忠誠的“守護者”，時刻守護著電信網(wǎng)絡的正常運轉。
2.5 多種CAN總線標準
支持諸如CANopen、DeviceNet、NMEA2000、ARNIC825、ISO11783、CANaerospace等多種CAN總線標準，具有很強的通用性和兼容性，能夠滿足不同行業(yè)的需求。
3. 器件說明：精準設計，滿足需求
3.1 標準與速率
該CAN收發(fā)器系列符合ISO1189 - 2 (2016) 高速CAN物理層標準，所有器件都設計用于數(shù)據(jù)速率高達2Mbps的CAN FD網(wǎng)絡。帶有“G”后綴的器件旨在實現(xiàn)高達5Mbps的數(shù)據(jù)速率，能夠滿足不同應用場景對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求。
3.2 電平轉換與靜音模式
帶有“V”后綴的器件配有提供I/O電平的輔助電源輸入，用于設置輸入引腳閾值和RXD輸出電平，方便與不同電壓標準的設備進行連接。同時，該系列器件具有靜音模式，通常也稱作僅偵聽模式，在某些不需要發(fā)送數(shù)據(jù)的場景下，能夠減少對網(wǎng)絡的干擾。
3.3 保護特性
所有器件都提供多種保護特性，如前面提到的ESD保護、總線故障保護、欠壓保護、驅動器顯性超時和熱關斷保護等，大大提高了器件和網(wǎng)絡的耐用性，降低了系統(tǒng)故障的風險。
4. 引腳配置與功能：清晰明確，便于使用
4.1 引腳功能
| PINS | (H),(G),(HG) | (V),(GV)(HV), (HGV) | TYPE | DESCRIPTION |
|---|---|---|---|---|
| TXD | 1 | 1 | DIGITAL INPUT | CAN transmit data input (LOW for dominant and HIGH for recessive bus states) |
| GND(1) | 2 | 2 | GND | Ground connection |
| VCC | 3 | 3 | POWER | Transcelver 5 - V supply voltage |
| RXD | 4 | 4 | DIGITAL OUTPUT | CAN receive data output (LOW for dominant and HIGH for recessive bus states) |
| NC | 5 | No Connect | ||
| V1o | 5 | POWER | Transceiver IO level shiting supply volage evices with "sufix ony) | |
| CANL | 6 | 6 | BUS I/O | Low level CAN bus inputoutput line |
| CANH | 7 | 7 | BUS I/O | High level CAN bus Input/output line |
| S | 8 | 8 | DIGITAL INPUT | Silent Mode control input (active high) |
4.2 注意事項
對于DRB（VSON）封裝選項，熱焊盤可連接到GND以優(yōu)化封裝的熱特性。引腳5的功能取決于器件，在不含V后綴的器件上為無連接（NC）引腳，在包含V后綴的器件上為用于I/O電平轉換的$VIO$引腳。RXD邏輯輸出在不含“V”后綴的器件上驅動為$VCC$，而在包含“V”后綴的器件上驅動為$V_{10}$。
5. 規(guī)格參數(shù)：精確數(shù)據(jù)，可靠保障
5.1 絕對最大額定值
| MIN | MAX | UNIT | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Vcc | 5 - V Bus Supply Voltage Range | All Devices | - 0.3 | 7 | V |
| V10 | VO Level - Shifting Vottage Range | Devices with the "V"Suffix | - 0.3 | 7 | V |
| VBUS | CAN Bus I/O voltage range (CANH, CANL) | Devices without the "H" Suffix | - 58 | 58 | V |
| Voif | Max differential voltage between CANH and CANL | Devices without the "H" sufflx | - 58 | 58 | V |
| VBUS | CAN Bus I/O vollage range (CANH, CANL) | Devices with the "H" Sufflx | - 70 | 70 | V |
| V(om) | Max differential voltage between CANH and CANL | Devices with the"H"sufix | - 70 | 70 | V |
| VLogic_Input) | Logic input terminal voltage range (TXD, S) | All Devices | - 0.3 | + 7 and V≤Vio + 0.3 | V |
| VLogk_Ouput) | Logic output terminal vollage range (RXD) | - 0.3 | + 7 and Vj≤Vio + 0.3 | V | |
| lo(RXD) | RXD(Receiver) output current | 8 | 8 | mA | |
| TJ | Virtual junction temperature range (see 節(jié)6.5) | - 55 | 150 | ℃ | |
| TsTG | Storage temperature range (see 節(jié)6.5) | 65 | 150 | ℃ |
5.2 ESD 評級
| TEST CONDITIONS | VALUE | UNIT | |
|---|---|---|---|
| D(SOIC) Package | |||
| Human Body Model (HBM) ESD stress voltage | All terminals(1) | ±6000 | V |
| CAN bus terminals (CANH,CANL) to GND(2) | ±16000 | ||
| Charged Device Model (CDM) ESD stress voltage | All terminals(3) | ±1500 | V |
| Machine Model | All terminals(4) | ±200 | V |
| DRB(VSON) Package | |||
| Human Body Model (HBM) ESD stress voltage | All terminals(1) | + 6000 | V |
| CAN bus terminals (CANH,CANL) to GND(2) | ±16000 | ||
| Charged Device Model (CDM) ESD stress voltage | All terminals(3) | ±1500 | V |
| Machine Model | All terminals(4) | ±200 | V |
5.3 推薦工作條件
| MIN | MAX | UNIT | ||
|---|---|---|---|---|
| Vcc | 5 - V Bus Supply Voltage Range | 4.5 | 5.5 | V |
| Vio | IO Level - Shifting Voltage Range | 2.8 | 5.5 | |
| IoH(RXD) | RXD terminal HIGH level output current | - 2 | mA | |
| OL(RXD) | RXD terminal LOW level output current | 2 |
5.4 熱信息
| Thermal Metric(1) | TEST CONDITIONS | TCAN1051 - Q1 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| D(SOIC) 8 Pins 105.8 | DRB (VSON) 8 Pins 40.2 | Unit | |||
| RIJA | Junction - to - air thermal resistance | High - K thermal resistance | °C | ||
| Ro JB | Junction - to - board thermal resistance | 46.8 | 49.7 | °CW | |
| Ra JC(TOP) | Junction - to - case (top) thermal resistance | 48.3 | 15.7 | °C | |
| WJT | Junction - to - top characterization parameter | 8.7 | 0.6 | °C | |
| JB | Junction - to - board characterization parameter | 46.2 | 15.9 | °C | |
| TTSD | Thermal shutdown temperature | 170 | 170 | ℃ | |
| TTSD HYS | Thermal shutdown hysteresis | 5 | 5 | ℃ |
5.5 功率額定值
| PARAMETER | TEST CONDITIONS | POWER DISSIPATION 52 | UNIT | |
|---|---|---|---|---|
| PD | Average power dissipation | Vcc = 5V,Vo = 5V (if applicable), Tj = 27°C,R = 602,Sat0 V, Input to TXD at 250 kHz,CL_RxD = 15pF.Typical CAN operating conditions at 500 kbps with 25% transmission (dominant) rate. | mW | |
| Vcc = 5.5V,Vio = 5.5V(f applicable),T = 150°C,R = 50 2,S at 0V,Input to TXD at 500 kHz,CL RXD = 15pF.Typical high load CAN operating condtions at 1 Mbps with 50% transmission (dominant) rate and loaded network. | 124 | mW |
6. 詳細描述：深入剖析，全面了解
6.1 概述
這些CAN收發(fā)器滿足ISO11898 - 2 (2016) 高速CAN物理層標準，專為CAN FD網(wǎng)絡設計，能夠實現(xiàn)超過1 Mbps的數(shù)據(jù)速率，并在長距離和高負載網(wǎng)絡中提供增強的時序裕量和更高的數(shù)據(jù)速率。同時，提供多種保護特性，增強了器件和CAN網(wǎng)絡的魯棒性。
6.2 功能框圖
功能框圖展示了器件的內(nèi)部結構和信號傳輸路徑，幫助工程師更好地理解器件的工作原理和設計思路。
6.3 特性描述
6.3.1 TXD 顯性超時（DTO）
在正常模式下，TXD DTO電路能夠防止因硬件或軟件故障導致TXD長時間保持顯性狀態(tài)而阻塞網(wǎng)絡通信。當TXD的下降沿觸發(fā)DTO電路定時器，如果在超時時間$t_{TXD_DTO}$內(nèi)沒有檢測到上升沿，DTO電路將禁用CAN總線驅動器，釋放總線供網(wǎng)絡中其他節(jié)點進行通信。當TXD終端檢測到隱性信號時，CAN驅動器將重新激活。
6.3.2 熱關斷（TSD）
如果器件的結溫超過熱關斷閾值$T{TSD}$，器件將關閉CAN驅動電路，阻斷TXD到總線的傳輸路徑。在熱關斷期間，CAN總線終端偏置到隱性電平，接收器到RXD的路徑仍然正常工作。當結溫下降到熱關斷溫度$T{TSD}$以下至少熱關斷滯回溫度$T_{TSD_HYS}$時，關斷條件將被清除。
6.3.3 欠壓鎖定
電源終端具有欠壓檢測功能，當$V{CC}$或$V{IO}$電源終端出現(xiàn)欠壓事件時，器件將進入保護模式，保護總線不受影響。
6.3.4 未供電設備
當器件未供電時，對CAN總線呈現(xiàn)“理想無源”或“無負載”狀態(tài)，總線終端（CANH，CANL）和邏輯終端的泄漏電流極低，避免對總線和其他電路造成負載影響。
6.3.5 浮動終端
關鍵終端具有內(nèi)部上拉電阻，當終端浮動時，能夠將器件置于已知狀態(tài)。例如，TXD終端上拉到$V{CC}$或$V{IO}$，當終端浮動時強制輸入電平為隱性；S終端下拉，當終端浮動時強制器件進入正常模式。
6.3.6 CAN總線短路電流限制
器件具有兩種保護特性來限制CAN總線短路故障時的短路電流：驅動器電流限制（顯性和隱性狀態(tài)）和TXD顯性狀態(tài)超時。在CAN通信中，總線在顯性和隱性狀態(tài)之間切換，短路電流可以看作是每個總線狀態(tài)下的瞬時電流或兩種狀態(tài)的平均電流。為了考慮系統(tǒng)電流（電源）和終端電阻及共模扼流圈的功率額定值，應使用平均短路電流。
6.3.7 數(shù)字輸入和輸出
- 5 - V $V_{CC}$ 僅器件（無“V”后綴）：由單一5 - V電源供電，數(shù)字輸入具有TTL輸入閾值，與5V和3.3V兼容。RXD輸出在邏輯高電平時驅動到$V{CC}$ ，TXD引腳內(nèi)部上拉到$V{CC}$，S引腳下拉到GND。
- 5 V $V{CC}$ 帶$V{10}$ I/O電平轉換（有“V”后綴）：使用5V $V{CC}$電源為CAN驅動器和高速接收器模塊供電，同時具有第二個電源$V{IO}$用于I/O電平轉換。該電源用于設置TXD和S引腳的CMOS輸入閾值以及RXD高電平輸出
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