TCAN114x-Q1 增強型 CAN FD 收發(fā)器：設(shè)計與應(yīng)用全解析

在當(dāng)今的電子設(shè)計領(lǐng)域，CAN FD 收發(fā)器扮演著至關(guān)重要的角色，尤其是在汽車和工業(yè)運輸?shù)葘?a target="_blank">通信可靠性和效率要求極高的場景中。德州儀器（TI）的 TCAN114x-Q1 系列增強型 CAN FD 收發(fā)器，憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來深入探討一下這款收發(fā)器的特性、應(yīng)用以及設(shè)計要點。

文件下載：tcan1146-q1.pdf

一、特性亮點

（一）汽車級標(biāo)準(zhǔn)與兼容性

TCAN114x-Q1 符合 AEC-Q100（等級 1）標(biāo)準(zhǔn)，滿足汽車應(yīng)用的嚴苛要求。同時，它也符合 ISO 11898-2:2016 標(biāo)準(zhǔn)，確保了與現(xiàn)有 CAN 網(wǎng)絡(luò)的良好兼容性。這使得它在汽車電子裝置、照明、信息娛樂系統(tǒng)和儀表組等應(yīng)用中能夠穩(wěn)定可靠地工作。

（二）高速通信與選擇性喚醒

該系列收發(fā)器支持高達 5 Mbps 的 CAN FD 通信速率，能夠滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。其中，TCAN1145-Q1 和 TCAN1146-Q1 還支持選擇性喚醒/局部聯(lián)網(wǎng)功能，在發(fā)送/接收無差錯經(jīng)典 CAN 或 CAN FD 數(shù)據(jù)的同時，允許系統(tǒng)在活動狀態(tài)下以更少的節(jié)點數(shù)運行，其余節(jié)點則處于低功耗睡眠模式，從而有效降低了系統(tǒng)功耗。

（三）功能安全設(shè)計

TCAN1144-Q1 和 TCAN1146-Q1 屬于功能安全質(zhì)量管理型器件，并且提供有助于進行功能安全系統(tǒng)設(shè)計的文檔。而 TCAN1145-Q1 同樣提供功能安全特性，為系統(tǒng)的可靠性和安全性提供了有力保障。

（四）寬電壓范圍與保護功能

TCAN114x-Q1 支持 1.8V 至 5V 的處理器 IO 標(biāo)稱電壓，適應(yīng)多種處理器的需求。其寬工作電壓范圍包括 ±58V 總線故障保護和 ±12V 共模，能夠有效應(yīng)對各種復(fù)雜的電氣環(huán)境。此外，該系列器件還具備看門狗、總線故障診斷和報告、可編程 INH/LIMP 引腳等功能，進一步增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（五）多樣化封裝形式

TCAN114x-Q1 提供 14 引腳 SOIC、VSON 和 SOT23 封裝，其中 VSON 封裝提高了自動光學(xué)檢測（AOI）能力，方便了生產(chǎn)制造過程中的質(zhì)量檢測。

二、應(yīng)用場景

（一）汽車領(lǐng)域

在汽車行業(yè)，TCAN114x-Q1 可廣泛應(yīng)用于車身電子裝置和照明、汽車信息娛樂系統(tǒng)和儀表組、混合動力、電動和動力總成系統(tǒng)等。其高速通信能力和選擇性喚醒功能，能夠滿足汽車電子系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸和功耗控制的要求；而功能安全特性則為汽車的安全運行提供了保障。

（二）工業(yè)運輸

在工業(yè)運輸領(lǐng)域，CAN 總線常用于設(shè)備之間的通信。TCAN114x-Q1 的高可靠性和寬電壓范圍，使其能夠適應(yīng)工業(yè)環(huán)境中的復(fù)雜電氣條件，確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

三、詳細設(shè)計要點

（一）引腳功能與配置

TCAN114x-Q1 的各個引腳都有其特定的功能。例如，VSUP 引腳連接到電池電源，為內(nèi)部穩(wěn)壓器提供電源；VIO 引腳提供與微處理器 IO 電壓匹配的數(shù)字 IO 電壓，避免了對電平轉(zhuǎn)換器的需求；INH/LIMP 引腳可控制系統(tǒng)穩(wěn)壓器和電源，還可配置為跛行回家功能。在設(shè)計過程中，需要根據(jù)具體應(yīng)用需求正確配置這些引腳。

（二）器件功能模式

該系列器件具有多種工作模式，包括正常模式、待機模式、監(jiān)聽模式、睡眠模式和失效防護模式以及兩種受保護模式。不同模式下，器件內(nèi)處于運行狀態(tài)的部分不同，通過 SPI 寄存器進行選擇。例如，在正常模式下，CAN 驅(qū)動器和接收器均能完全正常運行；而在睡眠模式下，可降低系統(tǒng)功耗。工程師需要根據(jù)系統(tǒng)的實際需求，合理選擇和切換工作模式。

（三）總線負載能力與端接

ISO 11898-2:2016 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了總線負載和端接要求。TCAN114x-Q1 在理論上支持較多的節(jié)點數(shù)，但在實際設(shè)計中，需要考慮系統(tǒng)和電纜中的信號損失、寄生負載、時序、網(wǎng)絡(luò)失衡、接地偏移和信號完整性等問題，合理選擇總線長度、樁線長度和節(jié)點數(shù)。同時，電纜兩端應(yīng)采用阻值等于線路特性阻抗的電阻進行端接，以避免信號反射。如果需要對總線的共模電壓進行濾波和穩(wěn)壓，還可以采用分裂端接方式。

（四）電源與布局設(shè)計

在電源設(shè)計方面，需要在 VSUP 端子附近放置大容量電容和 100nF 電容，在 VIO 電源端子附近放置大容量電容，以確保電源的穩(wěn)定性。在布局設(shè)計上，應(yīng)將保護和濾波電路放置于盡可能靠近總線連接器的位置，以防止瞬態(tài)脈沖群、ESD 和噪聲傳送至電路板。同時，使用電源和接地層來提供低電感，合理布置旁路電容和大容量電容，以減少布線電感和過孔電感。

四、總結(jié)與思考

TCAN114x-Q1 系列增強型 CAN FD 收發(fā)器以其豐富的特性和廣泛的應(yīng)用場景，為電子工程師提供了一個強大的解決方案。在實際設(shè)計過程中，我們需要充分了解其特性和功能，結(jié)合具體應(yīng)用需求，合理進行引腳配置、模式選擇、總線設(shè)計和電源布局等工作。同時，我們也要關(guān)注系統(tǒng)的兼容性、可靠性和安全性，確保設(shè)計出的產(chǎn)品能夠滿足市場的需求。

作為電子工程師，我們在面對不斷發(fā)展的技術(shù)和日益復(fù)雜的應(yīng)用場景時，需要不斷學(xué)習(xí)和探索，才能更好地利用這些優(yōu)秀的器件，設(shè)計出更加出色的產(chǎn)品。你在使用類似收發(fā)器的過程中，遇到過哪些挑戰(zhàn)和問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。