TCAN1051-Q1系列CAN收發(fā)器：汽車應用的理想之選
TCAN1051-Q1系列CAN收發(fā)器：汽車應用的理想之選
在汽車電子領域，CAN（Controller Area Network）總線作為一種廣泛應用的通信協(xié)議，對于車輛各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制起著至關重要的作用。而CAN收發(fā)器則是實現(xiàn)CAN總線通信的關鍵組件，它負責將微控制器的數(shù)字信號轉換為適合在CAN總線上傳輸?shù)牟罘?a target="_blank">信號，以及將總線上的差分信號轉換回數(shù)字信號供微控制器處理。今天，我們就來詳細介紹一下德州儀器（TI）的TCAN1051-Q1系列CAN收發(fā)器。
文件下載：TCAN1051DRBTQ1.pdf
一、產(chǎn)品概述
TCAN1051-Q1系列包括TCAN1051-Q1、TCAN1051V-Q1、TCAN1051H-Q1、TCAN1051HV-Q1、TCAN1051G-Q1、TCAN1051GV-Q1、TCAN1051HG-Q1和TCAN1051HGV-Q1等型號。這些收發(fā)器均符合AEC Q100標準，適用于汽車應用，工作溫度范圍為 -40°C至125°C。它們滿足ISO 11898-2:2016和ISO 11898-5:2007物理層標準，并且具備功能安全能力，提供相關文檔以輔助功能安全系統(tǒng)設計。
二、產(chǎn)品特性
（一）電氣特性
- 數(shù)據(jù)速率：所有設備支持經(jīng)典CAN和2 Mbps的CAN FD（靈活數(shù)據(jù)速率），帶有“G”后綴的型號支持5 Mbps的數(shù)據(jù)速率。這種高速數(shù)據(jù)傳輸能力使得該系列收發(fā)器能夠滿足現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸速度的要求。
- 傳播延遲：具有短而對稱的傳播延遲時間和快速的環(huán)路時間，有助于提高時序裕度，在負載較重的CAN網(wǎng)絡中實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。例如，典型的環(huán)路延遲僅為110 ns。
- EMC性能：支持SAE J2962-2和IEC 62228-3（高達500 kbps）標準，無需使用共模扼流圈，這在一定程度上簡化了電路設計，降低了成本。
- I/O電壓范圍：支持3.3 V和5 V的微控制器，具有良好的兼容性。
（二）保護特性
- ESD保護：IEC ESD保護高達±15 kV，能夠有效防止靜電對設備造成損壞。
- 總線故障保護：非“H”變體的總線故障保護為±58 V，“H”變體為±70 V，增強了設備在惡劣環(huán)境下的可靠性。
- 欠壓保護：僅“V”變體在(V{CC})和(V{IO})電源端子上具有欠壓保護功能，確保設備在電源電壓不穩(wěn)定時能夠正常工作。
- 驅動主導超時（TXD DTO）：數(shù)據(jù)速率可低至10 kbps，防止在硬件或軟件故障時TXD長時間保持主導狀態(tài)，避免阻塞網(wǎng)絡通信。
- 熱關斷保護（TSD）：當結溫超過熱關斷閾值時，設備會關閉CAN驅動電路，保護設備免受過熱損壞。
（三）其他特性
- 理想的無源行為：未供電時，總線和邏輯端子呈高阻抗狀態(tài)，不會對總線造成負載，這對于部分節(jié)點未供電而其他節(jié)點仍在工作的網(wǎng)絡非常重要。
- 無聲模式：也稱為監(jiān)聽模式，可通過S輸入端子進行選擇，在該模式下，CAN驅動被禁用，接收器仍可接收總線上的通信信息。
三、應用領域
（一）汽車和交通運輸
該系列收發(fā)器適用于高度負載的CAN網(wǎng)絡，可用于汽車的各種電子系統(tǒng)，如發(fā)動機控制單元、車身電子系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等。
（二）重型機械ISOBUS應用
符合ISO 11783標準，可用于重型機械的通信和控制。
四、引腳配置和功能
TCAN1051-Q1系列收發(fā)器采用8引腳封裝，包括SOIC(8)和VSON(8)兩種封裝形式。不同型號的引腳功能略有差異，例如，帶有“V”后綴的型號在引腳5上具有(V_{IO})電源輸入，用于I/O電平轉換。
| PINS | NAME (H), (G), (HG) | (V), (GV), (HV), (HGV) | TYPE | DESCRIPTION |
|---|---|---|---|---|
| TXD | 1 | 1 | DIGITAL INPUT | CAN transmit data input (LOW for dominant and HIGH for recessive bus states) |
| GND(1) | 2 | 2 | GND | Ground connection |
| VCC | 3 | 3 | POWER | Transceiver 5-V supply voltage |
| RXD | 4 | 4 | DIGITAL OUTPUT | CAN receive data output (LOW for dominant and HIGH for recessive bus states) |
| NC | 5 | — | No Connect | |
| VIO | — | 5 | POWER | Transceiver I/O level shifting supply voltage (Devices with "V" suffix only) |
| CANL | 6 | 6 | BUS I/O | Low level CAN bus input/output line |
| CANH | 7 | 7 | BUS I/O | High level CAN bus lnput/output line |
| S | 8 | 8 | DIGITAL INPUT | Silent Mode control input (active high) |
五、電氣參數(shù)
（一）絕對最大額定值
| MIN | MAX | UNIT | |||
|---|---|---|---|---|---|
| V CC | 5-V Bus Supply Voltage Range | All Devices | –0.3 | 7 | V |
| V IO | I/O Level-Shifting Voltage Range | Devices with the "V" Suffix | –0.3 | 7 | V |
| V BUS | CAN Bus I/O voltage range (CANH, CANL) | Devices without the "H" Suffix | –58 | 58 | V |
| V (Diff) | Max differential voltage between CANH and CANL | Devices without the “H” suffix | –58 | 58 | V |
| V BUS | CAN Bus I/O voltage range (CANH, CANL) | Devices with the "H" Suffix | -70 | 70 | V |
| V (Diff) | Max differential voltage between CANH and CANL | Devices with the “H” suffix | –70 | 70 | V |
| V (Logic_Input) | Logic input terminal voltage range (TXD, S) | All Devices | –0.3 | +7 and V I ≤ V IO + 0.3 | V |
| V (Logic_Output) | Logic output terminal voltage range (RXD) | –0.3 | +7 and V I ≤ V IO + 0.3 | V | |
| I O(RXD) | RXD (Receiver) output current | –8 | 8 | mA | |
| T J | Virtual junction temperature range (see Section 6.5 ) | –55 | 150 | °C | |
| T STG | Storage temperature range (see Section 6.5 ) | –65 | 150 | °C |
（二）ESD額定值
| TEST CONDITIONS | VALUE | UNIT | |
|---|---|---|---|
| D (SOIC) Package | |||
| Human Body Model (HBM) ESD stress voltage | All terminals (1) | ±6000 | V |
| CAN bus terminals (CANH, CANL) to GND (2) | ±16000 | ||
| Charged Device Model (CDM) ESD stress voltage | All terminals (3) | ±1500 | V |
| Machine Model | All terminals (4) | ±200 | V |
| DRB (VSON) Package | |||
| Human Body Model (HBM) ESD stress voltage | All terminals (1) | ±6000 | V |
| CAN bus terminals (CANH, CANL) to GND (2) | ±16000 | ||
| Charged Device Model (CDM) ESD stress voltage | All terminals (3) | ±1500 | V |
| Machine Model | All terminals (4) | ±200 | V |
（三）推薦工作條件
| MIN | MAX | UNIT | ||
|---|---|---|---|---|
| V CC | 5-V Bus Supply Voltage Range | 4.5 | 5.5 | V |
| V IO | I/O Level-Shifting Voltage Range | 2.8 | 5.5 | V |
| I OH(RXD) | RXD terminal HIGH level output current | –2 | mA | |
| I OL(RXD) | RXD terminal LOW level output current | 2 | mA |
六、設計注意事項
（一）電源供應
該系列設備設計工作在(V{CC})輸入電源電壓范圍為4.5 V至5.5 V，部分設備的(V{IO})輸出電平轉換電源輸入范圍為3 V至5.5 V。兩個電源輸入都必須良好穩(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，并在設備的(V{CC})和(V_{IO})電源端子附近放置一個0.1 μF的旁路電容，以減少開關電源輸出的電壓紋波，補償PCB電源平面和走線的電阻和電感。
（二）布局設計
- 保護和濾波電路：應將保護和濾波電路盡可能靠近總線連接器，以防止瞬態(tài)、ESD和噪聲進入電路板。例如，可以使用瞬態(tài)電壓抑制（TVS）二極管或壓敏電阻進行保護，并在CANH和CANL線上放置可選的總線濾波電容。
- 電源和接地平面：使用電源（(V_{CC})）和接地平面提供低電感路徑，因為高頻電流會遵循阻抗最小的路徑。
- 旁路電容：旁路和大容量電容應盡可能靠近收發(fā)器的電源端子，以減少電源噪聲。
- 總線終端：ISO 11898標準規(guī)定CAN總線應使用120-Ω的終端電阻來防止信號反射。可以采用單電阻終端或分裂終端，分裂終端可以改善總線的電磁發(fā)射行為。
七、總結
TCAN1051-Q1系列CAN收發(fā)器以其豐富的特性和良好的性能，為汽車和工業(yè)應用提供了可靠的CAN總線通信解決方案。其高速數(shù)據(jù)傳輸能力、強大的保護特性以及靈活的引腳配置，使得工程師在設計CAN網(wǎng)絡時能夠更加輕松地滿足各種應用需求。在實際應用中，合理的電源供應和布局設計對于發(fā)揮該系列收發(fā)器的性能至關重要。希望通過本文的介紹，能夠幫助電子工程師更好地了解和使用TCAN1051-Q1系列CAN收發(fā)器。
你在使用TCAN1051-Q1系列收發(fā)器時遇到過哪些問題？或者對于CAN總線設計有什么獨特的見解？歡迎在評論區(qū)分享交流。
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TCAN1051-Q1具有CAN FD和故障保護功能的汽車類CAN收發(fā)器數(shù)據(jù)表
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