TCAN1476-Q1：汽車級雙CAN FD收發(fā)器的卓越之選

在汽車電子領(lǐng)域，CAN FD（Controller Area Network with Flexible Data Rate）技術(shù)憑借其高速數(shù)據(jù)傳輸和靈活的帶寬配置，正逐漸成為主流。而今天要介紹的TCAN1476-Q1，就是一款專為汽車應(yīng)用打造的高性能雙CAN FD收發(fā)器，它集成了信號改善功能（SIC）、待機(jī)模式和故障保護(hù)功能，為汽車電子系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

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1. 特性亮點(diǎn)

1.1 標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)與功能安全

TCAN1476-Q1符合面向汽車應(yīng)用的AEC Q100標(biāo)準(zhǔn)，屬于功能安全型器件。這意味著它不僅能滿足汽車行業(yè)對可靠性和穩(wěn)定性的嚴(yán)格要求，還能提供用于功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)的文檔，為工程師在設(shè)計(jì)功能安全系統(tǒng)時(shí)提供了便利。

1.2 高速CAN FD支持

該器件支持高達(dá)8Mbps的CAN FD，同時(shí)具備信號改善功能（SIC）。通過減少復(fù)雜拓?fù)渲械恼疋?，它能積極改善總線信號，并且向后兼容傳統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)。這使得它在不同類型的CAN網(wǎng)絡(luò)中都能發(fā)揮出色的性能，無論是傳統(tǒng)CAN系統(tǒng)的升級，還是全新CAN FD網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，都能輕松應(yīng)對。

1.3 靈活的電平轉(zhuǎn)換

$V_{IO}$ 電平轉(zhuǎn)換支持1.7V至5.5V，這一特性使得TCAN1476-Q1能夠與多種不同電壓的控制器直接連接，無需額外的電平轉(zhuǎn)換電路，大大簡化了設(shè)計(jì)過程，提高了系統(tǒng)的集成度。

1.4 豐富的工作模式

具備正常模式和支持遠(yuǎn)程喚醒請求功能的低功耗待機(jī)模式。在待機(jī)模式下，器件的功耗大幅降低，有助于節(jié)省能源。同時(shí)，遠(yuǎn)程喚醒請求功能允許器件在接收到特定的喚醒信號后，迅速從待機(jī)模式恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

1.5 無源行為與熱插拔支持

未供電時(shí)，總線和邏輯終端處于高阻態(tài)，對運(yùn)行總線或應(yīng)用無負(fù)載。此外，它還支持熱插拔，在總線和RXD輸出上可實(shí)現(xiàn)上電/斷電無干擾運(yùn)行，這一特性在實(shí)際應(yīng)用中非常實(shí)用，方便了系統(tǒng)的安裝和維護(hù)。

1.6 全面的保護(hù)特性

總線引腳上提供IEC ESD保護(hù)，具備±58V CAN總線容錯(cuò)能力，$V{CC}$ 和 $V{IO}$（僅限V型號）電源終端具有欠壓保護(hù)，還有TXD顯性狀態(tài)超時(shí)（TXD DTO）和熱關(guān)斷保護(hù)（TSD）等功能。這些保護(hù)特性有效地提高了器件的可靠性和穩(wěn)定性，能夠應(yīng)對各種復(fù)雜的工作環(huán)境和異常情況。

1.7 優(yōu)秀的封裝設(shè)計(jì)

采用無引線VSON (14) 封裝，具有可濕性側(cè)面，提高了自動(dòng)光學(xué)檢測（AOI）能力。這種封裝設(shè)計(jì)不僅有利于提高生產(chǎn)效率，還能保證產(chǎn)品的質(zhì)量和一致性。

2. 應(yīng)用領(lǐng)域

TCAN1476-Q1的應(yīng)用范圍非常廣泛，涵蓋了汽車電子的多個(gè)領(lǐng)域，包括汽車網(wǎng)關(guān)、高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、車身電子裝置和照明、混合動(dòng)力、電動(dòng)和動(dòng)力總成系統(tǒng)以及汽車信息娛樂系統(tǒng)與儀表組等。在這些應(yīng)用中，它能夠?yàn)閿?shù)據(jù)的可靠傳輸提供保障，確保各個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3. 詳細(xì)剖析

3.1 信號改善功能

信號改善是CAN FD收發(fā)器中一項(xiàng)重要的額外功能，它通過減少信號振鈴來提高復(fù)雜星型拓?fù)渲锌蓪?shí)現(xiàn)的最大數(shù)據(jù)速率。在CAN網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點(diǎn)充當(dāng)樁線導(dǎo)致各點(diǎn)的阻抗不匹配，進(jìn)而引起反射，從而產(chǎn)生信號振鈴。TCAN1476-Q1通過基于TX的信號改善功能（SIC），繼續(xù)驅(qū)動(dòng)總線呈現(xiàn)隱性，直至$t_{SIC_TX_base}$，以減少反射，使采樣點(diǎn)處的隱性位更加干凈。在主動(dòng)隱性階段，發(fā)送器輸出阻抗較低（約為100Ω），結(jié)束后進(jìn)入被動(dòng)隱性階段，驅(qū)動(dòng)器輸出阻抗變?yōu)楦咦钁B(tài)。這一功能使得在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，也能?shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率和更穩(wěn)定的信號傳輸。

3.2 引腳功能

TCAN1476-Q1的引腳功能設(shè)計(jì)合理，各個(gè)引腳都有明確的用途。例如，TXD1和TXD2是從CAN控制器到收發(fā)器的邏輯電平信號，對于TCAN1476-Q1，輸入以$V{CC}$為基準(zhǔn)，對于TCAN1476V-Q1，則以$V{IO}$為基準(zhǔn)；GND1和GND2是收發(fā)器的接地引腳，必須連接到PCB接地端；$V{CC}$為CAN收發(fā)器提供5V標(biāo)稱電源輸入；RXD1和RXD2是邏輯電平信號，以$V{IO}$為基準(zhǔn)，從收發(fā)器到CAN控制器；$V_{IO}$（僅限TCAN1476V-Q1）引腳提供數(shù)字I/O電壓以匹配CAN控制器電壓，取消了電平轉(zhuǎn)換器；CANH1、CANL1、CANH2和CANL2是兩個(gè)集成的CAN通道的差分總線引腳；STB1和STB2引腳是用于控制收發(fā)器模式的輸入引腳。

3.3 工作模式

主要有正常模式和待機(jī)模式兩種。在正常模式下，CAN驅(qū)動(dòng)器和接收器均能完全正常運(yùn)行，CAN通信雙向進(jìn)行；在待機(jī)模式下，CAN驅(qū)動(dòng)器和主接收器處于關(guān)閉狀態(tài)，CAN通信不能雙向進(jìn)行，但會(huì)啟用低功耗接收器和總線監(jiān)視電路，以允許通過CAN總線發(fā)出RXD喚醒請求。這種靈活的工作模式設(shè)計(jì)，既滿足了系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的需求，又能有效地降低功耗。

3.4 保護(hù)機(jī)制

TXD顯性超時(shí)（DTO）電路可防止本地節(jié)點(diǎn)在硬件或軟件失效時(shí)妨礙網(wǎng)絡(luò)通信。當(dāng)TXD保持顯性狀態(tài)的時(shí)間超過了超時(shí)時(shí)間$t_{TXDDTO}$，CAN驅(qū)動(dòng)器將被禁用，釋放總線供其他節(jié)點(diǎn)通信，在TXD引腳上出現(xiàn)隱性信號時(shí)重新激活。此外，器件還具備CAN總線短路電流限制和熱關(guān)斷（TSD）等保護(hù)功能。在CAN總線短路時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)器電流限制和TXD顯性狀態(tài)超時(shí)等措施，限制短路電流；當(dāng)結(jié)溫超出熱關(guān)斷閾值$T{TSD}$時(shí)，關(guān)斷CAN驅(qū)動(dòng)器電路，當(dāng)結(jié)溫降至$T_{TSD}$以下時(shí)，關(guān)斷條件清除。這些保護(hù)機(jī)制有效地提高了器件的可靠性和穩(wěn)定性，延長了器件的使用壽命。

4. 設(shè)計(jì)建議

4.1 CAN終端

總線末端可以采用單個(gè)120Ω電阻進(jìn)行端接，也可以采用分裂端接方式，以改善網(wǎng)絡(luò)的電磁發(fā)射行為。分裂端接通過濾除差分信號線路上可能存在的高頻共模噪聲，為總線提供共模濾波。

4.2 總線負(fù)載與節(jié)點(diǎn)數(shù)

典型CAN應(yīng)用的最大總線長度可能為40米，最大樁線長度可能為0.3米，但如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，可以獲得更長的總線電纜長度、樁線長度和更多的節(jié)點(diǎn)。由于TCAN1476-Q1具有高輸入阻抗和SIC功能，在給定的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模中，得益于信號振鈴減弱，可以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。不過，在設(shè)計(jì)CAN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要考慮總線負(fù)載、信號損失、寄生負(fù)載、時(shí)序、網(wǎng)絡(luò)失衡、接地偏移和信號完整性等問題，留有一定的裕度。

4.3 電源設(shè)計(jì)

TCAN1476-Q1系列設(shè)計(jì)為在4.5V至5.5V的$V{CC}$主輸入電源電壓范圍內(nèi)運(yùn)行，TCAN1476V-Q1的$V{IO}$設(shè)計(jì)電壓范圍為1.8V至5.5V。這兩個(gè)電源輸入必須經(jīng)過良好調(diào)節(jié)，除旁路電容器外，應(yīng)將一個(gè)通常為100nF的去耦電容放置在CAN收發(fā)器的主$V{CC}$和$V{IO}$電源引腳附近。

4.4 布局設(shè)計(jì)

穩(wěn)健可靠的CAN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需要特殊的布局技術(shù)，應(yīng)將保護(hù)和濾波電路放置于盡可能靠近總線連接器的位置，以防止瞬變、ESD和噪聲傳播到電路板。去耦電容應(yīng)盡可能靠近收發(fā)器的電源引腳$V{CC}$和$V{IO}$放置，當(dāng)旁路電容和保護(hù)器件連接電源和地時(shí)，應(yīng)至少使用兩個(gè)過孔以最大限度減少布線電感和過孔電感。高頻電流會(huì)選擇阻抗最小的路徑，而非電阻最小的路徑，在布局時(shí)需要特別注意。

5. 總結(jié)

TCAN1476-Q1作為一款高性能的汽車級雙CAN FD收發(fā)器，憑借其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和完善的保護(hù)機(jī)制，為汽車電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體的需求，合理選擇器件的工作模式和配置參數(shù)，同時(shí)遵循設(shè)計(jì)建議，進(jìn)行科學(xué)的布局和電源設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮TCAN1476-Q1的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。你在使用類似的CAN收發(fā)器時(shí)，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。