TCAN1051系列CAN收發(fā)器：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信的可靠之選

在工業(yè)自動化、汽車電子等眾多領(lǐng)域，CAN（Controller Area Network）總線憑借其高可靠性、實(shí)時性和抗干擾能力，成為了設(shè)備間通信的主流選擇。而TCAN1051系列CAN收發(fā)器，作為德州儀器（TI）推出的一款高性能產(chǎn)品，更是為CAN網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。今天，我們就來深入了解一下這款收發(fā)器的特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文件下載：TCAN1051HGDR.pdf

一、產(chǎn)品概述

TCAN1051系列CAN收發(fā)器符合ISO11898 - 2（2016）高速CAN物理層標(biāo)準(zhǔn)，適用于CAN FD（Flexible Data Rate）網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)5 Mbps。該系列產(chǎn)品具有多種型號，如TCAN1051、TCAN1051G、TCAN1051GV等，不同型號在總線故障保護(hù)、數(shù)據(jù)速率、電平轉(zhuǎn)換等方面有所差異，能夠滿足不同應(yīng)用場景的需求。

二、主要特性

（一）高速數(shù)據(jù)傳輸

所有設(shè)備均支持經(jīng)典CAN和2 Mbps的CAN FD，帶有“G”后綴的型號更是支持高達(dá)5 Mbps的數(shù)據(jù)速率。同時，其短而對稱的傳播延遲時間和快速的環(huán)路時間，為網(wǎng)絡(luò)提供了更高的時序裕量，能夠在高負(fù)載的CAN網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸。

（二）功能安全能力

該系列產(chǎn)品具備功能安全能力，并提供相關(guān)文檔，有助于設(shè)計(jì)功能安全系統(tǒng)，為對安全性要求較高的應(yīng)用場景提供了可靠保障。

（三）寬電壓范圍支持

I/O電壓范圍支持3.3 V和5 V的MCU，具有良好的兼容性，方便與不同類型的微控制器連接。

（四）理想的無源特性

在未供電時，總線和邏輯端子呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)，不會對總線造成負(fù)載。并且在電源上電/下電過程中，總線和RXD輸出無毛刺，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（五）多重保護(hù)功能

• ESD保護(hù)：具備±16 kV的HBM ESD保護(hù)和高達(dá)±15 kV的IEC ESD保護(hù)，有效防止靜電對設(shè)備造成損壞。
• 總線故障保護(hù)：非“H”變體的總線故障保護(hù)為±58 V，“H”變體則可達(dá)±70 V，增強(qiáng)了設(shè)備在惡劣環(huán)境下的可靠性。
• 欠壓保護(hù)：“V”變體在$V_{CC}$和VIO電源端子上具有欠壓保護(hù)功能，可避免設(shè)備在電壓異常時受損。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)芯片結(jié)溫超過設(shè)定閾值時，自動關(guān)斷CAN驅(qū)動電路，防止設(shè)備因過熱而損壞。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

（一）工業(yè)自動化

在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，TCAN1051系列收發(fā)器可用于控制、傳感器和驅(qū)動系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的高速、可靠通信。例如，在機(jī)器人控制系統(tǒng)中，它能夠確保各個關(guān)節(jié)的精確運(yùn)動控制；在工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可快速準(zhǔn)確地傳輸傳感器數(shù)據(jù)。

（二）重型機(jī)械

適用于重型機(jī)械的ISOBUS應(yīng)用，如農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械等。這些設(shè)備通常工作在惡劣的環(huán)境中，對通信的可靠性和穩(wěn)定性要求極高，TCAN1051的多重保護(hù)功能能夠很好地滿足這些需求。

（三）樓宇自動化

可用于建筑、安全和氣候控制自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對建筑物內(nèi)各種設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。例如，通過CAN總線連接空調(diào)、照明、門禁等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能化管理。

（四）電信基站

在電信基站的狀態(tài)監(jiān)測和控制中發(fā)揮重要作用，確?；驹O(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。通過CAN總線，可實(shí)時獲取基站設(shè)備的工作狀態(tài)信息，并進(jìn)行遠(yuǎn)程配置和故障診斷。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）電源供應(yīng)

該系列設(shè)備的$V{CC}$輸入電源電壓范圍為4.5 V至5.5 V，部分型號的VIO電源輸入范圍為3 V至5.5 V。為了保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，電源必須經(jīng)過良好的穩(wěn)壓處理。建議在CAN收發(fā)器的$V{CC}$主電源輸出附近放置一個4.7 μF的大容量電容，同時在$V_{CC}$和VIO電源端子附近分別放置一個0.1 μF的旁路電容，以減少電源紋波。

（二）布局設(shè)計(jì)

由于ESD和瞬態(tài)干擾具有較寬的頻率帶寬（約3 MHz至3 GHz），在PCB設(shè)計(jì)時需要采用高頻布局技術(shù)。雖然TCAN1051系列產(chǎn)品具有較高的片上IEC ESD保護(hù)能力，但如果需要更高的系統(tǒng)級抗干擾能力，可以使用外部TVS二極管。TVS二極管和總線濾波電容應(yīng)盡量靠近板上連接器放置，以防止噪聲瞬態(tài)事件進(jìn)一步傳播到PCB和系統(tǒng)中。

（三）CAN終端匹配

ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，CAN總線的互連應(yīng)采用特性阻抗為120 Ω的雙絞線電纜，并在電纜兩端使用與線路特性阻抗相等的電阻進(jìn)行終端匹配，以防止信號反射。如果需要對總線的共模電壓進(jìn)行濾波和穩(wěn)定，可以采用分裂終端匹配方式。

五、總結(jié)

TCAN1051系列CAN收發(fā)器以其高速數(shù)據(jù)傳輸能力、功能安全特性、多重保護(hù)功能以及廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，成為了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的型號，并注意電源供應(yīng)、布局設(shè)計(jì)和終端匹配等要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。希望本文能夠?yàn)?a target="_blank">電子工程師們在使用TCAN1051系列收發(fā)器進(jìn)行設(shè)計(jì)時提供一些參考和幫助。

大家在使用TCAN1051系列收發(fā)器的過程中，有沒有遇到過什么問題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評論區(qū)分享交流！