深入解析TCAN1051系列CAN收發(fā)器：特性、應用與設計要點

在當今復雜的電子系統(tǒng)中，CAN（Controller Area Network）總線憑借其高可靠性和實時性，廣泛應用于汽車、工業(yè)自動化、通信等眾多領域。而TCAN1051系列CAN收發(fā)器作為其中的佼佼者，為我們提供了強大而穩(wěn)定的解決方案。今天，就讓我們一起深入了解一下這款收發(fā)器的特性、應用場景以及設計要點。

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特性亮點

標準兼容性與功能安全

TCAN1051系列收發(fā)器滿足ISO 11898 - 2:2016和ISO 11898 - 5:2007物理層標準，具備功能安全能力，還提供相關文檔輔助功能安全系統(tǒng)設計。這意味著在對安全性要求極高的應用場景中，它能為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供堅實保障。

高速數(shù)據(jù)傳輸

支持經(jīng)典CAN和高達2 Mbps的CAN FD（靈活數(shù)據(jù)速率），帶“G”選項的器件更是支持5 Mbps的數(shù)據(jù)速率。同時，短而對稱的傳播延遲時間和快速的環(huán)路時間，為增強時序裕量提供了可能，即使在負載較重的CAN網(wǎng)絡中，也能實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

寬電壓范圍與理想無源特性

I/O電壓范圍支持3.3 V和5 V的MCU，具有良好的兼容性。在未供電時，器件呈現(xiàn)理想的無源特性，總線和邏輯端子為高阻抗（無負載），不會對總線造成額外負擔。而且，上電/下電時，總線和RXD輸出無毛刺，確保了信號的穩(wěn)定性。

多重保護機制

• ESD保護：HBM ESD保護可達±16 kV，IEC ESD保護高達±15 kV，有效抵御靜電干擾，保護器件免受損壞。
• 總線故障保護：非“H”變體的總線故障保護為±58 V，“H”變體則達到±70 V，能在總線出現(xiàn)異常電壓時，保障器件的安全。
• 欠壓保護：“V”變體在(V{CC})和(V{IO})電源端子上具備欠壓保護功能，防止因電壓過低對器件造成損害。
• 驅(qū)動主導超時（TXD DTO）：數(shù)據(jù)速率低至10 kbps時，可防止因硬件或軟件故障導致TXD長時間處于主導狀態(tài)，從而阻塞網(wǎng)絡通信。
• 熱關斷保護（TSD）：當結(jié)溫超過熱關斷閾值時，自動關閉CAN驅(qū)動電路，避免器件因過熱損壞。
• 接收器共模輸入電壓：可達±30 V，增強了對共模干擾的抵抗能力。

封裝優(yōu)勢

提供SOIC(8)封裝和無鉛VSON(8)封裝（3.0 mm x 3.0 mm），其中VSON(8)封裝具有更好的自動光學檢測（AOI）能力，方便生產(chǎn)制造過程中的質(zhì)量檢測。

應用場景

高負載CAN網(wǎng)絡

該系列器件適用于高度負載的CAN網(wǎng)絡，能夠在復雜的網(wǎng)絡環(huán)境中穩(wěn)定工作，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

工業(yè)與建筑領域

在重型機械ISOBUS應用（ISO 11783）、工業(yè)自動化、控制、傳感器和驅(qū)動系統(tǒng)、建筑、安全和氣候控制自動化等方面，發(fā)揮著重要作用。它可以實現(xiàn)設備之間的高效通信，提高系統(tǒng)的自動化程度和控制精度。

通信與監(jiān)控領域

在電信基站狀態(tài)和控制中，用于實時監(jiān)控和控制基站的運行狀態(tài)。同時，支持CANopen、DeviceNet、NMEA2000、ARNIC825、ISO11783、CANaerospace等多種CAN總線標準，具有廣泛的適用性。

設計要點

引腳配置與功能

不同后綴的器件在引腳配置上有所差異，如帶“V”后綴的器件具有(V_{IO})引腳，用于I/O電平轉(zhuǎn)換。在設計時，需要根據(jù)具體的應用需求選擇合適的器件，并正確連接引腳。例如，TXD為CAN發(fā)送數(shù)據(jù)輸入，RXD為CAN接收數(shù)據(jù)輸出，GND為接地連接，VCC為收發(fā)器5 - V電源電壓等。

電氣特性與參數(shù)

在設計過程中，需要關注器件的各項電氣特性參數(shù)，如電源電流、輸出電壓、傳播延遲時間等。例如，在正常模式（主導）下，5 - V電源電流的典型值為40 mA；總環(huán)路延遲（從驅(qū)動輸入TXD到接收器輸出RXD）的典型值為110 ns。這些參數(shù)會影響系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，需要根據(jù)實際情況進行合理設計。

電源供應與布局

• 電源供應：器件的(V{CC})輸入電源電壓范圍為4.5 V至5.5 V，部分器件的(V{IO})輸出電平轉(zhuǎn)換電源輸入范圍為3 V至5.5 V，且兩個電源輸入都需要良好的穩(wěn)壓。建議在CAN收發(fā)器的主(V{CC})電源輸出附近放置一個4.7 μF的大容量電容，在器件的(V{CC})和(V_{IO})電源端子附近放置一個0.1 μF的旁路電容，以減少電源電壓紋波。
• 布局設計：為了保護器件免受工業(yè)環(huán)境中可能出現(xiàn)的EFT和浪涌瞬變的影響，需要使用外部瞬態(tài)保護器件。在PCB設計時，應采用高頻布局技術，將保護和濾波電路盡量靠近總線連接器，以防止瞬態(tài)、ESD和噪聲傳播到電路板上。同時，使用電源（(V_{CC})）和接地平面提供低電感，旁路和大容量電容應盡量靠近收發(fā)器的電源端子。

總線終端與負載

ISO 11898標準規(guī)定，互連應使用120 - Ω特性阻抗的雙絞線電纜，并在電纜兩端使用等于線路特性阻抗的電阻進行終端匹配，以防止信號反射。在設計CAN網(wǎng)絡時，還需要考慮總線的負載、長度和節(jié)點數(shù)量。雖然TCAN1051系列理論上支持在單個總線段上最多連接100個收發(fā)器，但在實際應用中，由于信號損失、寄生負載、網(wǎng)絡不平衡等因素，實際的節(jié)點數(shù)量通常會遠低于這個值。

總結(jié)

TCAN1051系列CAN收發(fā)器以其豐富的特性、廣泛的應用場景和良好的設計靈活性，為電子工程師提供了一個可靠的解決方案。在設計過程中，我們需要充分了解其特性和參數(shù)，合理進行引腳配置、電源供應和布局設計，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。同時，隨著技術的不斷發(fā)展，我們也需要不斷關注新的應用需求和設計挑戰(zhàn)，充分發(fā)揮這款收發(fā)器的優(yōu)勢，為電子系統(tǒng)的發(fā)展貢獻力量。大家在使用TCAN1051系列收發(fā)器的過程中，遇到過哪些有趣的問題或者有什么獨特的設計經(jīng)驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。