汽車級 CAN FD 收發(fā)器 TCAN340x-Q1：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點解析

在汽車電子領(lǐng)域，CAN（Controller Area Network）總線作為一種廣泛應(yīng)用的通信協(xié)議，對于實現(xiàn)汽車各部件之間的數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)同工作起著至關(guān)重要的作用。TCAN340x-Q1 系列 3.3V 汽車級 CAN FD 收發(fā)器憑借其一系列出色的特性，成為眾多汽車應(yīng)用的理想選擇。本文將深入剖析 TCAN340x-Q1 的特性、應(yīng)用場景以及設(shè)計要點，為電子工程師們在實際應(yīng)用中提供全面的參考。

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一、特性概覽

1.1 電氣特性與兼容性

TCAN3403-Q1 和 TCAN3404-Q1 均滿足 ISO 11898 - 2:2016 高速 CAN 規(guī)范的物理層要求，工作于 3.3V 單電源，無需 5V 穩(wěn)壓器，有效節(jié)省了 BOM 成本和 PCB 空間。它們具有經(jīng)認證的電磁兼容性（EMC），適用于數(shù)據(jù)速率高達 5Mbps 的傳統(tǒng) CAN 和 CAN FD 網(wǎng)絡(luò)，在更簡單的網(wǎng)絡(luò)中甚至可實現(xiàn)高達 8Mbps 的運行速度。

其中，TCAN3403-Q1 通過 VIO 引腳實現(xiàn)內(nèi)部邏輯電平轉(zhuǎn)換功能，可將收發(fā)器 I/O 直接連接到 1.8V、2.5V 或 3.3V 邏輯電平；而 TCAN3404-Q1 具備關(guān)斷功能，能將所有塊斷電并使器件進入超低功耗模式。這兩款收發(fā)器均支持低功耗待機模式，并可通過符合 ISO 11898 - 2:2016 定義喚醒模式（WUP）的 CAN 來喚醒。

1.2 保護特性

在保護方面，TCAN340x-Q1 表現(xiàn)出色。它具有總線故障保護（±58V）、總線引腳上的 ISO 10605 ESD 保護（±8kV）、欠壓保護、TXD 顯性超時（DTO）保護以及熱關(guān)斷保護（TSD）等功能。這些保護機制確保了器件在惡劣環(huán)境下的可靠性和穩(wěn)定性，有效防止因異常情況導(dǎo)致的器件損壞和通信故障。

1.3 封裝與性能優(yōu)化

該系列收發(fā)器提供了業(yè)界通用的 SOIC - 8、VSON - 8 和節(jié)省空間的小尺寸 SOT - 23 封裝，滿足不同應(yīng)用場景的需求。同時，其具有可濕性側(cè)面的小型 8 引腳 SOIC、SOT - 23 和無引線 VSON - 8 封裝，可實現(xiàn)自動光學(xué)檢測（AOI），方便生產(chǎn)制造和質(zhì)量檢測。此外，器件還優(yōu)化了未上電時的性能，總線和邏輯引腳為高阻抗，支持熱插拔，在總線和 RXD 輸出上可實現(xiàn)上電和斷電無干擾運行。

二、應(yīng)用場景

TCAN340x-Q1 適用于多種汽車和運輸相關(guān)的應(yīng)用場景，包括車身控制模塊、汽車網(wǎng)關(guān)、高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）以及信息娛樂系統(tǒng)等。在這些應(yīng)用中，CAN 總線需要穩(wěn)定、高效的數(shù)據(jù)傳輸，而 TCAN340x-Q1 的高性能和可靠性正好滿足了這些需求。

例如，在車身控制模塊中，需要對多個電子設(shè)備進行精確控制和數(shù)據(jù)交互，TCAN340x-Q1 的高速數(shù)據(jù)傳輸能力和低功耗特性能夠確保系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性；在 ADAS 系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的快速傳輸和處理對于保障行車安全至關(guān)重要，該收發(fā)器的出色性能能夠為系統(tǒng)提供可靠的通信支持。

三、詳細規(guī)格解讀

3.1 絕對最大額定值

了解器件的絕對最大額定值對于正確使用和保護器件至關(guān)重要。例如，Vcc 電源電壓的范圍為 - 0.3V 至 6V，超出這個范圍可能會導(dǎo)致永久性器件損壞。在設(shè)計電路時，必須確保電源電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)，以保證器件的正常工作。

3.2 ESD 額定值

ESD（Electrostatic Discharge）是電子設(shè)備面臨的常見問題，可能會對器件造成損害。TCAN340x-Q1 在 ESD 保護方面表現(xiàn)良好，不同的引腳具有不同的 ESD 分類等級。例如，所有引腳的 HBM 分類等級為 3A（±4000V），全局引腳 CANH 和 CANL 相對于 GND 的 HBM 分類等級為 3B（±10000V）。在實際應(yīng)用中，還需要根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，采取適當?shù)?ESD 防護措施，如添加 ESD 保護器件等。

3.3 推薦工作條件

推薦工作條件規(guī)定了器件正常工作的最佳參數(shù)范圍。例如，Vcc 電源電壓的推薦范圍為 3V 至 3.6V，VIO 電源電壓（僅適用于 TCAN3403）的推薦范圍為 1.7V 至 3.6V。在設(shè)計電源電路時，應(yīng)確保提供穩(wěn)定、符合要求的電源電壓，以保證器件的性能和可靠性。

3.4 熱特性

熱特性對于器件的長期穩(wěn)定運行至關(guān)重要。通過了解器件的熱阻等參數(shù)，如 Junction - to - ambient thermal resistance（ReJA）等，可以合理設(shè)計散熱方案，確保器件在工作過程中不會因過熱而損壞。不同封裝的熱特性有所差異，在選擇封裝時，需要根據(jù)實際應(yīng)用場景和散熱要求進行綜合考慮。

3.5 開關(guān)特性

開關(guān)特性描述了器件在信號傳輸過程中的時間參數(shù)，如總環(huán)路延遲（tPROP(LOOP1)、tPROP(LOOP2)）、模式更改時間（tMODE、tsHDN1、tsHDN2）等。這些參數(shù)對于確保數(shù)據(jù)的準確傳輸和系統(tǒng)的時序要求至關(guān)重要。在設(shè)計高速通信系統(tǒng)時，需要仔細考慮開關(guān)特性，以避免因信號延遲等問題導(dǎo)致的通信錯誤。

四、功能模塊與工作模式

4.1 功能模塊

TCAN340x-Q1 的功能模塊主要包括 TXD（CAN 發(fā)送數(shù)據(jù)輸入）、GND（接地）、VCC（3.3V 電源）、RXD（CAN 接收數(shù)據(jù)輸出）、VIO（僅 TCAN3403 有，用于提供數(shù)字 I/O 電壓）、CANH 和 CANL（CAN 高低差分總線引腳）、STB（用于模式控制）以及 SHDN（僅 TCAN3404 有，用于進入超低功耗模式）等。每個引腳都有其特定的功能和作用，在設(shè)計電路時，需要正確連接和配置這些引腳，以實現(xiàn)器件的正常工作。

4.2 工作模式

該系列收發(fā)器具有正常模式、低功耗待機模式和超低功耗關(guān)斷模式（僅 TCAN3404）。在正常模式下，CAN 驅(qū)動和接收器完全運行，可進行雙向 CAN 通信；在待機模式下，CAN 驅(qū)動和主接收器關(guān)閉，但低功耗接收器和總線監(jiān)控電路開啟，可通過 CAN 總線接收喚醒請求；在關(guān)斷模式下，所有內(nèi)部塊關(guān)閉，功耗最低，但無法進行雙向 CAN 通信。合理選擇工作模式可以有效降低系統(tǒng)功耗，提高能源利用效率。

五、應(yīng)用設(shè)計要點

5.1 CAN 終端設(shè)計

CAN 終端設(shè)計對于確?？偩€信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性至關(guān)重要?？梢圆捎脝蝹€ 120Ω 電阻在總線兩端進行終端匹配，也可以使用分路終端來過濾和穩(wěn)定總線的共模電壓。分路終端可以改善網(wǎng)絡(luò)的電磁輻射行為，過濾差分信號線上可能存在的高頻共模噪聲。

5.2 總線負載與節(jié)點數(shù)量

在設(shè)計 CAN 網(wǎng)絡(luò)時，需要考慮總線負載、長度和節(jié)點數(shù)量等因素。雖然 TCAN340x-Q1 理論上支持在單個總線段上連接超過 50 個收發(fā)器，但在實際應(yīng)用中，需要為系統(tǒng)和電纜上的信號損失、寄生負載、時序、網(wǎng)絡(luò)不平衡、接地偏移和信號完整性等因素留出一定的設(shè)計余量。因此，實際的最大節(jié)點數(shù)量通常會較低。此外，通過仔細的系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)據(jù)速率權(quán)衡，也可以延長總線長度。

5.3 電源設(shè)計

為了確保 TCAN340x-Q1 的正常工作，需要提供穩(wěn)定、經(jīng)過良好調(diào)節(jié)的電源。TCAN3404-Q1 的主 VCC 輸入電壓范圍為 3V 至 3.6V，TCAN3403-Q1 的 VIO 輸入電壓范圍為 1.8V 至 3.6V。在電源電路中，除了進行電源濾波外，還應(yīng)在 CAN 收發(fā)器的主 VCC 和 VIO 電源引腳附近放置一個去耦電容（通常為 100nF），以減少電源噪聲對器件的影響。

5.4 PCB 布局設(shè)計

在 PCB 設(shè)計中，需要采用高頻布局技術(shù)，以減少瞬態(tài)干擾對器件的影響。例如，將保護和濾波電路靠近總線連接器放置，防止瞬態(tài)、ESD 和噪聲傳播到電路板上；將去耦電容盡可能靠近收發(fā)器的電源引腳放置；使用至少兩個過孔進行旁路電容和保護器件的電源和接地連接，以最小化走線和過孔的電感等。

六、總結(jié)

TCAN340x-Q1 系列汽車級 CAN FD 收發(fā)器具有出色的電氣特性、保護功能和多種工作模式，適用于多種汽車和運輸應(yīng)用場景。在設(shè)計應(yīng)用電路時，電子工程師需要深入了解器件的特性和規(guī)格，合理選擇工作模式，精心設(shè)計 CAN 終端、電源和 PCB 布局等，以確保系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和高性能。通過充分發(fā)揮 TCAN340x-Q1 的優(yōu)勢，可以為汽車電子系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)提供有力的支持。你在實際應(yīng)用中是否遇到過類似收發(fā)器的設(shè)計挑戰(zhàn)呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。