TCAN1042-Q1系列CAN收發(fā)器：汽車應(yīng)用的理想之選

在汽車電子領(lǐng)域，CAN（Controller Area Network）總線作為一種重要的通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于各種電子系統(tǒng)中。TI（Texas Instruments）推出的TCAN1042-Q1系列CAN收發(fā)器，憑借其卓越的性能和豐富的特性，成為了汽車應(yīng)用的理想選擇。本文將對(duì)該系列收發(fā)器進(jìn)行詳細(xì)介紹，幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)用這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

TCAN1042-Q1系列包括TCAN1042-Q1、TCAN1042V-Q1、TCAN1042H-Q1等多種型號(hào)，符合ISO11898-2 (2016)高速CAN物理層標(biāo)準(zhǔn)，所有器件均設(shè)計(jì)用于數(shù)據(jù)速率高達(dá)2Mbps的CAN FD（Flexible Data Rate）網(wǎng)絡(luò)，而型號(hào)包含“G”后綴的器件旨在實(shí)現(xiàn)高達(dá)5Mbps的數(shù)據(jù)速率。該系列具備低功耗待機(jī)模式及遠(yuǎn)程喚醒請(qǐng)求特性，同時(shí)提供多種保護(hù)特性來提高器件和網(wǎng)絡(luò)的耐用性。

二、特性亮點(diǎn)

2.1 汽車級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與功能安全

• AEC-Q100認(rèn)證：符合汽車應(yīng)用要求，等級(jí)為1，確保了產(chǎn)品在汽車環(huán)境中的可靠性和穩(wěn)定性。
• 物理層標(biāo)準(zhǔn)兼容：符合ISO 11898-2:2016和ISO 11898-5:2007物理層標(biāo)準(zhǔn)，保證了與其他CAN設(shè)備的兼容性。
• 功能安全支持：提供功能安全相關(guān)文檔，可幫助進(jìn)行功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.2 高速數(shù)據(jù)傳輸與時(shí)序裕量

• Turbo CAN技術(shù)：所有器件均支持經(jīng)典CAN和2Mbps CAN FD，“G”選項(xiàng)支持5Mbps，滿足高速數(shù)據(jù)傳輸需求。
• 短傳播延遲：具有較短的對(duì)稱傳播延遲時(shí)間和快速循環(huán)次數(shù)，可增加時(shí)序裕量，在有負(fù)載CAN網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)速率。

2.3 優(yōu)秀的EMC性能

支持SAE J2962-2和IEC 62228-3（最高500kbps），無需共模扼流圈，降低了系統(tǒng)成本和復(fù)雜度。

2.4 寬電壓范圍與理想無源行為

• I/O電壓范圍：支持3.3V和5V MCU，提高了系統(tǒng)的靈活性。
• 理想無源特性：未供電時(shí)，總線和邏輯引腳處于高阻態(tài)，在總線和RXD輸出上實(shí)現(xiàn)上電/斷電無干擾運(yùn)行。

2.5 多重保護(hù)特性

• ESD保護(hù)：IEC ESD保護(hù)高達(dá)±15kV，有效防止靜電對(duì)器件的損害。
• 總線故障保護(hù)：±58V（非H型號(hào)）和±70V（H型號(hào)），增強(qiáng)了器件在惡劣環(huán)境下的可靠性。
• 欠壓保護(hù)：$V_{CC}$和VIO（僅限V型號(hào)）電源終端具有欠壓保護(hù)。
• 驅(qū)動(dòng)器顯性超時(shí)：TXD DTO可防止在硬件或軟件故障時(shí)阻塞網(wǎng)絡(luò)通信。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：TSD可在溫度過高時(shí)自動(dòng)關(guān)閉CAN驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)器件安全。

2.6 寬溫度范圍與封裝選擇

• 結(jié)溫范圍：–55°C至150°C，適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。
• 封裝形式：采用SOIC (8)封裝和無引線VSON (8)封裝（3.0mm x 3.0mm），提高了自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）能力。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 汽車和運(yùn)輸

適用于所有高負(fù)載CAN網(wǎng)絡(luò)，如汽車中的動(dòng)力系統(tǒng)、車身電子、底盤控制等。

3.2 重型機(jī)械

滿足重型機(jī)械ISOBUS應(yīng)用ISO 11783的要求，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的可靠通信。

3.3 其他應(yīng)用

還可用于針對(duì)汽車應(yīng)用的SAE J2284高速CAN、GMW3122雙線制CAN物理層等，以及符合SAE J2962、GIFT/ICT、ISO16845要求的系統(tǒng)。

四、器件信息與對(duì)比

4.1 器件封裝

4.2 器件對(duì)比

五、引腳配置與功能

該系列器件的引腳配置根據(jù)不同型號(hào)有所差異，主要引腳包括TXD（CAN發(fā)送數(shù)據(jù)輸入）、GND（接地）、$V{CC}$（電源電壓）、RXD（CAN接收數(shù)據(jù)輸出）、CANL（低電平CAN總線輸入輸出線）、CANH（高電平CAN總線輸入輸出線）和STB（待機(jī)模式控制輸入）等。其中，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(zhuǎn)換的$V{IO}$引腳；RXD邏輯輸出在不含“V”后綴的器件上驅(qū)動(dòng)為$V{CC}$，而在包含“V”后綴的器件上驅(qū)動(dòng)為$V{IO}$。

六、電氣特性與規(guī)格

6.1 絕對(duì)最大額定值

規(guī)定了器件在不同參數(shù)下的最大和最小工作范圍，如$V{CC}$、$V{IO}$、$V{BUS}$等電壓范圍，以及$I{O(RXD)}$（RXD輸出電流）、$T{J}$（虛擬結(jié)溫范圍）和$T{STG}$（存儲(chǔ)溫度范圍）等。

6.2 ESD額定值

給出了不同測(cè)試條件下的ESD保護(hù)等級(jí)，包括人體模型（HBM）、充電設(shè)備模型（CDM）和系統(tǒng)級(jí)靜電放電（ESD）等。

6.3 推薦工作條件

建議了器件在正常工作時(shí)的$V{CC}$、$V{IO}$電壓范圍，以及RXD終端的高低電平輸出電流。

6.4 熱信息

提供了器件的熱阻參數(shù)，如$R{JA}$（結(jié)到空氣熱阻）、$R{JB}$（結(jié)到板熱阻）等，以及熱關(guān)斷溫度和熱關(guān)斷滯后溫度。

6.5 功率額定值

給出了不同測(cè)試條件下的平均功率耗散，幫助工程師進(jìn)行電源設(shè)計(jì)和散熱考慮。

6.6 電氣特性

詳細(xì)列出了器件在不同工作模式下的電氣參數(shù)，如$I{CC}$（5-V電源電流）、$I{O}$（IO電源電流）、$V{IH}$（高電平輸入電壓）、$V{IL}$（低電平輸入電壓）等。

6.7 開關(guān)特性

包括總環(huán)路延遲、模式改變時(shí)間、濾波時(shí)間等開關(guān)參數(shù)，對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)響應(yīng)速度有重要影響。

6.8 典型特性

通過圖表展示了$V{OD(D)}$（差分輸出電壓）、$I{CC}$（電源電流）等參數(shù)隨溫度和電壓的變化關(guān)系，為工程師提供了實(shí)際應(yīng)用中的參考。

七、詳細(xì)描述與功能模式

7.1 概述

該系列CAN收發(fā)器符合ISO11898-2 (2016)高速CAN物理層標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)用于高速數(shù)據(jù)傳輸和增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。

7.2 功能框圖

展示了器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和信號(hào)傳輸路徑，幫助工程師理解器件的工作原理。

7.3 特性描述

• TXD顯性超時(shí)（DTO）：防止在硬件或軟件故障時(shí)TXD長(zhǎng)時(shí)間保持顯性狀態(tài)，避免阻塞網(wǎng)絡(luò)通信。
• 熱關(guān)斷（TSD）：當(dāng)器件結(jié)溫超過閾值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉CAN驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)器件安全。
• 欠壓鎖定：在$V{CC}$或$V{IO}$電源欠壓時(shí)，將器件置于保護(hù)模式，防止總線受到影響。
• 無供電設(shè)備：未供電時(shí)，器件對(duì)CAN總線呈現(xiàn)“理想無源”狀態(tài)，避免對(duì)總線造成負(fù)載。
• 浮動(dòng)終端：關(guān)鍵終端具有內(nèi)部上拉電阻，確保在終端浮動(dòng)時(shí)器件處于已知狀態(tài)。
• CAN總線短路電流限制：通過驅(qū)動(dòng)電流限制和TXD顯性狀態(tài)超時(shí)，限制CAN總線短路電流，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全。
• 數(shù)字輸入和輸出：不同型號(hào)的器件在數(shù)字輸入輸出特性上有所差異，如輸入閾值、輸出驅(qū)動(dòng)電平、內(nèi)部上拉電阻等。

  7.4 器件功能模式

• 正常模式：STB引腳為低電平時(shí)，CAN驅(qū)動(dòng)和接收器完全工作，實(shí)現(xiàn)雙向CAN通信。
• 待機(jī)模式：STB引腳為高電平時(shí)，進(jìn)入低功耗待機(jī)模式，總線發(fā)送器不發(fā)送數(shù)據(jù)，正常模式接收器不接收數(shù)據(jù)，僅低功耗接收器監(jiān)測(cè)總線活動(dòng)。在待機(jī)模式下，可通過遠(yuǎn)程喚醒請(qǐng)求（WUP）使器件返回正常工作狀態(tài)。

八、應(yīng)用信息與設(shè)計(jì)建議

8.1 應(yīng)用信息

該系列CAN收發(fā)器通常與包含CAN協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層的主機(jī)微處理器或FPGA配合使用，適用于5V和3.3V微處理器應(yīng)用。

8.2 典型應(yīng)用

• 總線負(fù)載、長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)數(shù)量：ISO 11898-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了最大總線長(zhǎng)度和最大短截線長(zhǎng)度，但通過精心設(shè)計(jì)，可增加電纜長(zhǎng)度、短截線長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)數(shù)量。TCAN1042系列收發(fā)器具有高輸入阻抗，理論上支持多達(dá)100個(gè)收發(fā)器在單個(gè)總線段上，但實(shí)際應(yīng)用中需考慮信號(hào)損失、寄生負(fù)載等因素。
• CAN終端：使用與電纜特性阻抗相等的電阻終止電纜兩端，防止信號(hào)反射?？刹捎脝坞娮杌蚍至呀K端方式，分裂終端可改善網(wǎng)絡(luò)的電磁發(fā)射行為。

  8.3 電源供應(yīng)建議

  器件的$V{CC}$輸入電源電壓范圍為4.5V至5.5V，部分器件的$V{IO}$電源電壓范圍為3V至5.5V，兩個(gè)電源輸入均需良好穩(wěn)壓。建議在CAN收發(fā)器的$V{CC}$和$V{IO}$電源端子附近分別放置大容量電容和旁路電容，以減少電源電壓紋波。

  8.4 布局建議

  為了保護(hù)器件免受工業(yè)環(huán)境中的EFT和浪涌瞬變影響，建議在PCB設(shè)計(jì)中采用高頻布局技術(shù)。可使用外部TVS二極管和總線濾波電容，并將其放置在靠近板載連接器的位置，防止噪聲瞬變事件進(jìn)一步傳播到PCB和系統(tǒng)中。同時(shí)，應(yīng)合理設(shè)計(jì)總線保護(hù)組件的方向，使用電源和接地平面提供低電感，確保旁路電容和保護(hù)器件的連接使用至少兩個(gè)過孔，以減少走線和過孔電感。

九、支持與文檔更新

9.1 文檔更新通知

要接收文檔更新通知，可導(dǎo)航至ti.com上的器件產(chǎn)品文件夾，點(diǎn)擊訂閱更新進(jìn)行注冊(cè)，即可每周接收產(chǎn)品信息更改摘要。

9.2 支持資源

TI E2E?支持論壇是工程師獲取快速、經(jīng)過驗(yàn)證的解答和設(shè)計(jì)幫助的重要參考資料，可搜索現(xiàn)有解答或提出自己的問題。

9.3 靜電放電注意事項(xiàng)

該集成電路可能會(huì)受到ESD損壞，建議在處理時(shí)采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，以避免對(duì)器件造成損害。

十、總結(jié)

TCAN1042-Q1系列CAN收發(fā)器憑借其豐富的特性、優(yōu)秀的性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為汽車和工業(yè)應(yīng)用提供了可靠的CAN通信解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)過程中，可根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)，并遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)建議和布局準(zhǔn)則，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，還需注意器件的使用條件和注意事項(xiàng)，如ESD保護(hù)、電源供應(yīng)等，以充分發(fā)揮該系列器件的優(yōu)勢(shì)。你在使用這類CAN收發(fā)器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。