汽車級CAN FD收發(fā)器TCAN844-Q1：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在汽車電子系統(tǒng)中，可靠的數(shù)據(jù)通信至關(guān)重要。CAN（Controller Area Network）總線作為一種廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域的通信協(xié)議，其收發(fā)器的性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）推出的汽車級CAN FD收發(fā)器TCAN844-Q1。

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一、TCAN844-Q1概述

TCAN844-Q1是一款高速CAN收發(fā)器，符合ISO 11898-2:2024高速CAN規(guī)范的物理層要求。它不僅具備多種保護(hù)功能，以滿足嚴(yán)格的汽車系統(tǒng)要求，還支持高達(dá)5Mbps的CAN FD數(shù)據(jù)速率，為汽車電子系統(tǒng)的高效通信提供了有力保障。

（一）產(chǎn)品特性

1. 高可靠性與兼容性
   • 符合汽車標(biāo)準(zhǔn)：該器件符合面向汽車應(yīng)用的AEC - Q100標(biāo)準(zhǔn)，具備出色的ESD保護(hù)能力。其中，人體放電模型（HBM）ESD保護(hù)方面，CANH和CANL引腳具有±12KV的電壓；充電器件模型（CDM）ESD保護(hù)電壓為±500V；IEC 61000 - 4 - 2接觸放電可達(dá)±8KV（未供電），確保了在復(fù)雜汽車環(huán)境中的穩(wěn)定運(yùn)行。
   • 符合物理層標(biāo)準(zhǔn)：符合ISO 11898 - 2:2024物理層標(biāo)準(zhǔn)，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，高可達(dá)2Mbps和5Mbps，可適應(yīng)不同的汽車應(yīng)用場景。
2. 功能安全設(shè)計(jì)：該器件是功能安全型產(chǎn)品，可提供用于功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)的文檔，滿足汽車安全相關(guān)應(yīng)用的需求。
3. 寬電壓范圍與保護(hù)特性
   • 寬電壓支持：TCAN844V - Q1的I/O電壓范圍支持2.9V至5.25V，支持12V電池應(yīng)用，接收器共模輸入電壓為±12V，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
   • 多重保護(hù)功能：具備總線故障保護(hù)（±40V）、欠壓保護(hù)、TXD顯性超時(shí)（DTO）、熱關(guān)斷保護(hù)（TSD）等多種保護(hù)特性，有效提高了器件的可靠性和穩(wěn)定性。
4. 低功耗與靈活工作模式：支持正常模式和低功耗待機(jī)模式，其中待機(jī)模式支持遠(yuǎn)程喚醒請求功能。在未上電時(shí)，總線和邏輯引腳為高阻抗，運(yùn)行總線或應(yīng)用上無負(fù)載，還支持熱插拔，可實(shí)現(xiàn)上電/斷電無干擾運(yùn)行，降低了系統(tǒng)功耗。
5. 小型封裝設(shè)計(jì)：采用小型8引腳SOIC、SOT - 23和無引線VSON - 8封裝，提高了自動(dòng)光學(xué)檢測（AOI）能力，節(jié)省了電路板空間。

（二）產(chǎn)品應(yīng)用

TCAN844 - Q1適用于多種汽車和運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用，如車身控制模塊、汽車網(wǎng)關(guān)、高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、信息娛樂系統(tǒng)等，為這些系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信提供了可靠的解決方案。

（三）典型應(yīng)用案例

在汽車高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中，需要快速、準(zhǔn)確地傳輸大量的傳感器數(shù)據(jù)，如攝像頭、雷達(dá)等的數(shù)據(jù)。TCAN844 - Q1憑借其高速的數(shù)據(jù)傳輸能力（支持CAN FD數(shù)據(jù)速率為2Mbps和5Mbps）以及低功耗待機(jī)模式，能夠滿足ADAS系統(tǒng)對數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和低功耗的要求。同時(shí)，其多重保護(hù)特性可以確保在復(fù)雜的電磁環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，保障了ADAS系統(tǒng)的可靠性。有研究指出，在自動(dòng)駕駛和智能網(wǎng)聯(lián)對網(wǎng)絡(luò)通信高要求的背景下，傳統(tǒng)CAN通信在傳輸速率和數(shù)據(jù)長度上存在限制，而像TCAN844 - Q1這類支持CAN FD的收發(fā)器則能更好地適應(yīng)新的需求。

（四）詳細(xì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. CAN端接：總線末端可采用單個(gè)120Ω電阻器進(jìn)行端接，若需要對總線的共模電壓進(jìn)行濾波和穩(wěn)壓，可采用分裂端接。分裂端接能濾除差分信號線路上可能存在的高頻共模噪聲，改善網(wǎng)絡(luò)的電磁發(fā)射行為。
2. 總線負(fù)載能力與節(jié)點(diǎn)數(shù)：TCAN844(V) - Q1系列可在總線負(fù)載低至50Ω時(shí)滿足1.5V要求，在45Ω總線負(fù)載時(shí)滿足1.4V差分輸出要求，器件的差分輸入阻抗至少為40kΩ。理論上在單個(gè)總線段上支持超過100個(gè)收發(fā)器，但在實(shí)際CAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，需要考慮系統(tǒng)和電纜中的信號損失、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，因此實(shí)際的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)通常更少。
3. 電源設(shè)計(jì)：TCAN844 - Q1收發(fā)器設(shè)計(jì)為在4.75V至5.25V的$V{CC}$主輸入電源電壓范圍內(nèi)運(yùn)行，TCAN844V - Q1采用IO電平轉(zhuǎn)換電源輸入$V{IO}$，設(shè)計(jì)電壓范圍為2.9V至5.25V。必須對$V{CC}$和$V{IO}$輸入進(jìn)行良好調(diào)節(jié)，除了電源濾波之外，還可在CAN收發(fā)器主$V{CC}$和$V{IO}$電源引腳附近放置一個(gè)去耦電容器，通常為100nF。
4. 布局設(shè)計(jì)
   • 保護(hù)和濾波電路：將保護(hù)和濾波電路放置于盡可能靠近總線連接器J1的位置，以防止瞬變、ESD和噪聲傳播到電路板。可采用可選瞬態(tài)電壓抑制（TVS）二極管D1和總線濾波電容C4、C5。
   • 去耦電容器：去耦電容器要盡可能靠近收發(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)過孔以更大限度減少布線電感和過孔電感。
   • 分裂終端：可在CAN節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)分裂終端，此終端分為R2和R3兩個(gè)電阻，終端的中心或分接抽頭通過電容C3接地，為總線提供共模濾波。

（五）總結(jié)

TCAN844 - Q1汽車級CAN FD收發(fā)器以其高可靠性、高速數(shù)據(jù)傳輸能力、低功耗和多重保護(hù)特性，成為汽車和運(yùn)輸領(lǐng)域中CAN通信的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的系統(tǒng)需求，合理進(jìn)行CAN端接、電源設(shè)計(jì)和布局設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮該器件的性能優(yōu)勢，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。大家在使用過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題或者有更好的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評論區(qū)分享交流。