汽車故障保護(hù)CAN FD收發(fā)器TCAN1057A-Q1：設(shè)計(jì)指南與應(yīng)用解析

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，在車輛的各個(gè)系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。其能夠高效、可靠地在各個(gè)電子控制單元（ECU）之間傳輸數(shù)據(jù)，確保車輛的平穩(wěn)運(yùn)行。但傳統(tǒng)的CAN總線在數(shù)據(jù)傳輸速率和功能上逐漸難以滿足汽車行業(yè)不斷增長(zhǎng)的需求，如高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、信息娛樂(lè)系統(tǒng)等對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性提出了更高的要求。CAN FD（CAN with Flexible Data Rate）應(yīng)運(yùn)而生，它在保留CAN總線可靠性和兼容性的基礎(chǔ)上，顯著提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，為汽車電子的發(fā)展帶來(lái)了新的活力。

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一、TCAN1057A - Q1簡(jiǎn)介

（一）特性優(yōu)勢(shì)

TCAN1057A - Q1是一款專門為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)的高速CAN FD收發(fā)器，它具備多項(xiàng)令人矚目的特性。該產(chǎn)品完全符合面向汽車應(yīng)用的AEC - Q100（1級(jí)）標(biāo)準(zhǔn)，這就保證了其在汽車惡劣的工作環(huán)境下，如高溫、低溫、振動(dòng)等條件下，依然能穩(wěn)定可靠地工作。同時(shí)，它還嚴(yán)格遵循ISO 11898 - 2:2016物理層標(biāo)準(zhǔn)要求，并且是功能安全型器件，還可提供用于功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)的文檔，為汽車電子系統(tǒng)的安全性提供了有力保障。

在性能方面，它支持傳統(tǒng)CAN和經(jīng)優(yōu)化的CAN FD性能，數(shù)據(jù)速率高達(dá)2Mbps、5Mbps和8Mbps，能夠滿足不同汽車系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的需求。其較短的對(duì)稱傳播延遲時(shí)間，可增加時(shí)序裕量，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。此外，該收發(fā)器的I/O電壓范圍支持1.7V至5.5V，能夠適應(yīng)不同的邏輯電平，支持12V和24V電池應(yīng)用，具有很強(qiáng)的通用性。

（二）保護(hù)特性

在實(shí)際應(yīng)用中，汽車電子系統(tǒng)面臨著各種復(fù)雜的電磁環(huán)境和電氣故障，因此收發(fā)器的保護(hù)特性至關(guān)重要。TCAN1057A - Q1具備完善的保護(hù)功能，總線故障保護(hù)可達(dá)±58V，能夠有效防止總線短路等故障對(duì)器件造成損壞。同時(shí)，它還具備欠壓保護(hù)、TXD顯性超時(shí)（DTO）、熱關(guān)斷保護(hù)（TSD）等功能。其中，TXD 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)器件的結(jié)溫超出熱關(guān)斷閾值TTSD時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)斷CAN驅(qū)動(dòng)器電路，保護(hù)器件安全。

（三）工作模式

該收發(fā)器支持兩種工作模式，即正常模式和靜音模式。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，可滿足大多數(shù)汽車系統(tǒng)的通信需求。而在靜音模式下，CAN驅(qū)動(dòng)器被禁用，高速CAN接收器被啟用，CAN通信單向進(jìn)入器件，這樣可降低功耗，適用于一些對(duì)功耗有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)景。

（四）封裝形式

TCAN1057A - Q1采用了SOIC（8）、SOT - 23（8）和無(wú)引線VSON（8）封裝，這些封裝形式具有良好的散熱性能和自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）功能，能夠方便生產(chǎn)制造和提高產(chǎn)品的可靠性。

二、規(guī)格參數(shù)解讀

（一）絕對(duì)最大額定值

在使用TCAN1057A - Q1時(shí)，必須嚴(yán)格遵守其絕對(duì)最大額定值，否則可能會(huì)對(duì)器件造成永久損壞。例如，電源電壓Vcc的范圍為 - 0.3V至6V，CAN總線IO電壓VBus的范圍為 - 58V至58V等。超出這些范圍使用，即使在某些情況下器件可能暫時(shí)工作，但會(huì)嚴(yán)重影響其可靠性、功能和性能，并縮短器件壽命。

（二）ESD等級(jí)

靜電放電（ESD）是電子器件在生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用過(guò)程中面臨的一個(gè)重要問(wèn)題，它可能會(huì)導(dǎo)致器件性能下降甚至損壞。TCAN1057A - Q1具有良好的ESD防護(hù)能力，所有引腳的HBM分類等級(jí)為3A（±4000V），全局引腳CANH和CANL（相對(duì)于GND）的HBM分類等級(jí)為3B（±10000V），充電器件模型（CDM）分類等級(jí)為C5（±750V），能夠有效抵抗靜電放電的影響。

（三）建議運(yùn)行條件

為了確保器件的正常運(yùn)行和性能穩(wěn)定，建議在特定的條件下使用該收發(fā)器。例如，電源電壓Vcc的建議范圍為4.5V至5.5V，V/O電平轉(zhuǎn)換器的電源電壓V1o的建議范圍為1.7V至5.5V等。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量使器件工作在這些建議條件范圍內(nèi)。

三、引腳配置與功能

（一）引腳說(shuō)明

TCAN1057A - Q1共有8個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有其特定的功能。TXD引腳是CAN發(fā)送數(shù)據(jù)輸入，集成了上拉電阻；GND是接地引腳，必須連接到PCB接地端；Vcc為CAN收發(fā)器提供5V電源；RXD是CAN接收數(shù)據(jù)輸出，斷電時(shí)為三態(tài)；VIO引腳是提供收發(fā)器I/O電壓的集成電平轉(zhuǎn)換器的輸入源，應(yīng)連接到控制器的I/O電壓源；CANH和CANL是CAN高電平和CAN低電平差分總線引腳，內(nèi)部連接到CAN發(fā)送器和接收器；S引腳是用于以靜音模式控制收發(fā)器的輸入引腳。

（二）引腳應(yīng)用注意事項(xiàng)

在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于TXD和S引腳，由于其具有內(nèi)部上拉電阻，可在引腳懸空時(shí)將器件置于已知狀態(tài)，但在有噪聲的環(huán)境中，不應(yīng)依賴這種內(nèi)部偏置，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)耐獠可侠娮琛?duì)于Vcc和VIO引腳，應(yīng)確保其電源穩(wěn)定，并在其附近放置去耦電容，以減少電源噪聲的影響。

四、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）CAN端接設(shè)計(jì)

CAN總線的端接設(shè)計(jì)對(duì)于信號(hào)的傳輸質(zhì)量至關(guān)重要?？偩€末端可以采用單個(gè)120Ω電阻進(jìn)行端接，放在電纜上或端接節(jié)點(diǎn)中。如果總線的共模電壓需要進(jìn)行濾波和穩(wěn)壓，則可以采用分裂終端，通過(guò)濾除差分信號(hào)線路上可能存在的高頻共模噪聲，來(lái)改善網(wǎng)絡(luò)的電磁發(fā)射行為。

（二）總線負(fù)載能力與節(jié)點(diǎn)數(shù)

在設(shè)計(jì)CAN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要考慮總線負(fù)載能力、長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)數(shù)。典型CAN應(yīng)用的最大總線長(zhǎng)度可能為40米，最大樁線長(zhǎng)度可能為0.3米，但通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，可以獲得更長(zhǎng)的總線電纜長(zhǎng)度、樁線長(zhǎng)度和更多的節(jié)點(diǎn)。TCAN1057A - Q1系列理論上在單個(gè)總線段上支持超過(guò)100個(gè)收發(fā)器，但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要考慮系統(tǒng)和電纜中的信號(hào)損失、寄生負(fù)載、時(shí)序、網(wǎng)絡(luò)失衡、接地偏移和信號(hào)完整性等問(wèn)題，留有一定的裕度。

（三）電源設(shè)計(jì)

TCAN1057A收發(fā)器設(shè)計(jì)為在4.5V至5.5V的Vcc主輸入電源電壓范圍內(nèi)運(yùn)行，TCAN1057AV采用I/O電平轉(zhuǎn)換電源輸入VIO，設(shè)計(jì)電壓范圍為1.7V至5.5V。這兩個(gè)電源輸入必須經(jīng)過(guò)良好調(diào)節(jié)，除旁路電容外，應(yīng)在CAN收發(fā)器的主Vcc和VIO電源引腳附近分別放置一個(gè)通常為100nF的去耦電容，以減少電源噪聲對(duì)器件的影響。

（四）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)。在PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中，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(guò)孔以更大限度減少布線電感和過(guò)孔電感。

五、總結(jié)與展望

TCAN1057A - Q1作為一款高性能的汽車故障保護(hù)CAN FD收發(fā)器，憑借其豐富的特性、完善的保護(hù)功能和良好的兼容性，能夠滿足汽車電子系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咭?。在?shí)際應(yīng)用中，電子工程師需要深入理解其規(guī)格參數(shù)和引腳功能，合理進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，CAN FD技術(shù)將在汽車領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，相信TCAN1057A - Q1也將在未來(lái)的汽車電子市場(chǎng)中占據(jù)重要的地位。

大家在使用TCAN1057A - Q1進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，是否遇到過(guò)一些特殊的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。