TCAN6062-Q1和TCAN6062V-Q1：汽車類CAN XL收發(fā)器的技術(shù)剖析與應(yīng)用指南

在汽車電子領(lǐng)域，CAN（Controller Area Network）總線作為一種重要的通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于各種汽車系統(tǒng)中。隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)CAN總線的性能和功能提出了更高的要求。TCAN6062-Q1和TCAN6062V-Q1作為具有待機(jī)模式的汽車類CAN XL收發(fā)器，為汽車電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。本文將對(duì)這兩款收發(fā)器的特性、規(guī)格、詳細(xì)說(shuō)明以及應(yīng)用實(shí)施等方面進(jìn)行深入剖析，為電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)提供參考。

文件下載：tcan6062v-q1.pdf

特性亮點(diǎn)

標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)與功能安全

這兩款收發(fā)器符合面向汽車應(yīng)用的AEC Q100標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)滿足ISO 11898 - 2:2024附件A的要求，具有SIC模式和FAST模式的HS - PMA (CAN XL)功能。并且它們是功能安全型器件，在器件發(fā)布時(shí)將提供相關(guān)文檔來(lái)協(xié)助進(jìn)行功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這為汽車電子系統(tǒng)的可靠性和安全性提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

高速信號(hào)傳輸

在FAST模式下，支持高達(dá)20Mbps的信號(hào)傳輸速率；在SIC模式下，支持高達(dá)8Mbps的信號(hào)傳輸速率。FAST TX模式和FAST RX模式支持CAN XL數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸，通過(guò)減少?gòu)?fù)雜拓?fù)渲械恼疋彛e極改善總線信號(hào)，為高速數(shù)據(jù)傳輸提供了穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

寬電壓范圍與多種保護(hù)特性

$V{IO}$電平轉(zhuǎn)換支持1.71V至5.5V的電壓范圍，支持12V和24V電池應(yīng)用。接收器共模輸入電壓為±12V，在總線引腳上提供IEC ESD保護(hù)，具備總線故障保護(hù)（±58V）、$V{CC}$和$V_{IO}$電源終端的欠壓保護(hù)、TXD顯性超時(shí)（TXD DTO）以及熱關(guān)斷保護(hù)（TSD）等多種保護(hù)特性，確保了器件在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

低功耗與靈活工作模式

支持正常模式（SIC、FAST TX、FAST RX）和低功耗待機(jī)模式，未供電時(shí)具有無(wú)源行為，總線和邏輯終端處于高阻態(tài)，支持熱插拔，在總線和RXD輸出上可實(shí)現(xiàn)上電/斷電無(wú)干擾運(yùn)行，并且定義了浮動(dòng)邏輯引腳和電源欠壓情況下的器件行為，有效降低了系統(tǒng)功耗，提高了系統(tǒng)的靈活性。

引腳配置與功能

通過(guò)合理配置這些引腳，可以實(shí)現(xiàn)收發(fā)器與其他設(shè)備的有效連接和通信。

規(guī)格參數(shù)

絕對(duì)最大額定值

$V{CC}$電源電壓范圍為 - 0.3V至6V，$V{IO}$電源電壓范圍為 - 0.3V至6V，CANH和CANL上的CAN總線I/O電壓范圍以接地為基準(zhǔn)為 - 58V至58V等。超出這些絕對(duì)最大額定值運(yùn)行可能會(huì)對(duì)器件造成永久損壞，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要嚴(yán)格遵守。

ESD等級(jí)

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），所有引腳的CDM分類等級(jí)為C5（±750V），表明該器件具有較強(qiáng)的抗靜電能力。

建議運(yùn)行條件

$V{CC}$電源電壓建議范圍為4.75V至5.25V，$V{IO}$電源電壓建議范圍為1.71V至5.5V等，在這些建議運(yùn)行條件下，器件能夠更好地發(fā)揮性能。

熱特性與電源特性

結(jié)至環(huán)境熱阻、結(jié)至外殼熱阻等熱特性參數(shù)，以及電源電流在不同模式下的典型值和最大值等電源特性參數(shù)，為工程師在進(jìn)行熱設(shè)計(jì)和電源設(shè)計(jì)時(shí)提供了重要依據(jù)。

詳細(xì)說(shuō)明

信號(hào)改善功能（SIC）

SIC功能通過(guò)最大限度地減少信號(hào)振鈴來(lái)提高復(fù)雜星形拓?fù)渲锌蓪?shí)現(xiàn)的更大數(shù)據(jù)速率。在CAN網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點(diǎn)充當(dāng)樁線導(dǎo)致各點(diǎn)的阻抗不匹配，進(jìn)而引起反射，產(chǎn)生信號(hào)振鈴。TCAN6062 - Q1使用基于TX的SIC解決此問(wèn)題，繼續(xù)驅(qū)動(dòng)總線呈現(xiàn)隱性，直至$t_{ACT_REC_end}$，減少反射，使采樣點(diǎn)處的隱性位更干凈。

CAN XL和FAST模式

CAN XL向CAN收發(fā)器引入了額外的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，在CAN幀的數(shù)據(jù)階段使用。FAST TX模式驅(qū)動(dòng)器有兩種強(qiáng)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，而SIC模式驅(qū)動(dòng)器只有一種強(qiáng)顯性驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，允許在數(shù)據(jù)階段使用更高的數(shù)據(jù)速率。為了使收發(fā)器將驅(qū)動(dòng)狀態(tài)更改為FAST TX模式，CAN XL控制器在TXD引腳上驅(qū)動(dòng)PWM信號(hào)，根據(jù)PWM信號(hào)的占空比輸出Level_0或Level_1狀態(tài)。同時(shí)，需要一個(gè)額外的FAST模式接收器來(lái)解碼FAST TX模式驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，接收CAN XL控制器在TXD上驅(qū)動(dòng)PWM信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)模式切換。

器件功能模式

正常模式

在此模式下，CAN通信為雙向，驅(qū)動(dòng)器和接收器可以根據(jù)TXD上是否存在PWM輸入，在SIC模式和FAST模式之間切換。在SIC模式下，驅(qū)動(dòng)器將TXD輸入端的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為CANH和CANL總線引腳上的差分輸出；在FAST TX模式下，驅(qū)動(dòng)器將TXD輸入端的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換為CANH和CANL總線引腳上的差分輸出；在FAST RX模式下，驅(qū)動(dòng)器對(duì)總線保持高阻抗，接收器根據(jù)FAST模式輸入閾值進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。

待機(jī)模式

這是器件的低功耗模式，CAN驅(qū)動(dòng)器和主接收器處于關(guān)閉狀態(tài)，啟用低功耗接收器和總線監(jiān)視電路，以允許通過(guò)CAN總線發(fā)出RXD喚醒請(qǐng)求。喚醒請(qǐng)求會(huì)輸出到RXD，本地CAN協(xié)議控制器應(yīng)監(jiān)視RXD是否發(fā)生轉(zhuǎn)換，如果有，則通過(guò)將STB引腳拉至低電平來(lái)重新激活器件使其進(jìn)入正常模式。

應(yīng)用和實(shí)施

典型應(yīng)用

TCAN6062 - Q1通常用于具有主機(jī)微處理器（包括負(fù)責(zé)CAN協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層的CAN控制器）的應(yīng)用。為了使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)CAN XL，CAN控制器需要支持CAN XL，能夠在發(fā)送和接收CAN XL幀時(shí)生成將TCAN6062 - Q1切換到FAST TX和FAST RX模式所需的PWM信號(hào)。同時(shí)，它也可以與支持經(jīng)典CAN（CAN CC）或采用靈活數(shù)據(jù)速率（CAN FD）的CAN控制器一起使用。

設(shè)計(jì)要求

CAN終端

總線末端可以采用單個(gè)120Ω電阻進(jìn)行端接，也可以采用分裂端接方式，通過(guò)濾除差分信號(hào)線路上可能存在的高頻共模噪聲，改善網(wǎng)絡(luò)的電磁發(fā)射行為。

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，但如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，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)。TCAN6062 - Q1系列可在低至45Ω時(shí)滿足1.5V要求，差分輸入阻抗至少為40kΩ，理論上在單個(gè)總線段上支持超過(guò)100個(gè)收發(fā)器，但實(shí)際的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)通常需要考慮系統(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。

電源相關(guān)建議

該器件收發(fā)器設(shè)計(jì)為在4.75V至5.25V的$V{CC}$主輸入電源電壓范圍內(nèi)運(yùn)行，TCAN6062V - Q1的$V{IO}$設(shè)計(jì)電壓范圍為1.71V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)將一個(gè)通常為100nF的去耦電容放置在CAN收發(fā)器的主$V{CC}$電源引腳和$V{IO}$電源引腳附近。

布局

布局指南

將保護(hù)和濾波電路放置于盡可能靠近總線連接器J1的位置，以防止瞬變、ESD和噪聲傳播到電路板。朝信號(hào)路徑的方向設(shè)計(jì)總線保護(hù)元件，不得將瞬態(tài)電流從信號(hào)路徑強(qiáng)行轉(zhuǎn)移至保護(hù)器件。去耦電容應(yīng)盡可能靠近收發(fā)器的電源引腳$V{CC}$和$V{IO}$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。

布局示例

文檔中提供了詳細(xì)的布局示例，展示了如何在CAN節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)分裂終端等，為工程師進(jìn)行實(shí)際布局設(shè)計(jì)提供了參考。

綜上所述，TCAN6062 - Q1和TCAN6062V - Q1收發(fā)器憑借其豐富的特性、明確的引腳配置、詳細(xì)的規(guī)格參數(shù)以及靈活的應(yīng)用實(shí)施方式，為汽車電子系統(tǒng)的CAN通信設(shè)計(jì)提供了可靠的解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際需求充分利用這些特性和優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠性的汽車電子系統(tǒng)。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要嚴(yán)格遵守器件的規(guī)格要求，合理進(jìn)行布局和電源設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似器件的使用問(wèn)題呢？歡迎交流分享。