汽車(chē)CAN FD收發(fā)器的優(yōu)選之選——TCAN843-Q1

在汽車(chē)電子領(lǐng)域，CAN（Controller Area Network）總線通信技術(shù)一直是核心的通信手段之一。隨著汽車(chē)功能的不斷增加和智能化程度的提升，對(duì)CAN總線的性能要求也越來(lái)越高。CAN FD（CAN with Flexible Data Rate）作為CAN總線的升級(jí)版本，能夠提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更大的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，滿足了現(xiàn)代汽車(chē)對(duì)高速、可靠通信的需求。今天，我們就來(lái)詳細(xì)介紹一款具有睡眠模式的汽車(chē)類CAN FD收發(fā)器——TCAN843-Q1。

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特性亮點(diǎn)

1. 嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)與安全設(shè)計(jì)

TCAN843-Q1符合面向汽車(chē)應(yīng)用的AEC Q100標(biāo)準(zhǔn)，并且是功能安全型器件。在發(fā)布時(shí)會(huì)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(chē)電子系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了有力保障。同時(shí)，它也符合ISO 11898-2:2024的要求，確保了與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的兼容性。

2. 寬電壓與高速通信支持

該收發(fā)器具有寬工作輸入電壓范圍，支持傳統(tǒng)CAN和CAN FD（高達(dá)5Mbps），并且$V_{IO}$電平轉(zhuǎn)換支持3.3V至5.5V，能夠適配多種不同的系統(tǒng)電壓需求。這使得它在不同的汽車(chē)電子系統(tǒng)中都能穩(wěn)定工作，無(wú)論是傳統(tǒng)的CAN通信還是高速的CAN FD通信，都能輕松應(yīng)對(duì)。

3. 多樣工作模式

TCAN843-Q1擁有多種工作模式，包括正常模式、靜音模式、待機(jī)模式和低功耗睡眠模式。不同的工作模式可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行靈活切換，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能和優(yōu)化系統(tǒng)性能的目的。例如，在車(chē)輛處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，可以將收發(fā)器切換到待機(jī)模式或睡眠模式，降低功耗，延長(zhǎng)電池使用壽命。

4. 系統(tǒng)電源控制與喚醒功能

它具備高壓INH輸出，可用于系統(tǒng)電源控制，通過(guò)控制外部穩(wěn)壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)電源的管理。同時(shí)，支持通過(guò)WAKE引腳實(shí)現(xiàn)本地喚醒，當(dāng)檢測(cè)到喚醒事件時(shí)，能夠迅速?gòu)牡凸哪Ｊ交謴?fù)到正常工作狀態(tài)，確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。

5. 完善的保護(hù)特性

在保護(hù)特性方面，TCAN843-Q1表現(xiàn)出色。它具有±40V CAN總線容錯(cuò)能力，能夠有效抵御總線電壓的波動(dòng)和干擾；$V_{SUP}$上支持負(fù)載突降，增強(qiáng)了在復(fù)雜電源環(huán)境下的穩(wěn)定性；還具備IEC ESD保護(hù)、欠壓保護(hù)、熱關(guān)斷保護(hù)以及TXD顯性狀態(tài)超時(shí)（TXD DTO）保護(hù)等多種功能，全方位保障器件的安全運(yùn)行。

6. 良好的封裝設(shè)計(jì)

采用具有可濕性側(cè)面的14引腳引線式（SOT和SOIC）封裝以及無(wú)引線（VSON）封裝，提高了自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）能力，方便生產(chǎn)制造過(guò)程中的質(zhì)量檢測(cè)和控制。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

TCAN843-Q1的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涵蓋了車(chē)身電子裝置和照明、汽車(chē)網(wǎng)關(guān)、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、信息娛樂(lè)系統(tǒng)與儀表組、混合動(dòng)力、電動(dòng)和動(dòng)力總成系統(tǒng)、個(gè)人交通工具（如電動(dòng)自行車(chē)）以及工業(yè)運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)方面。在這些應(yīng)用場(chǎng)景中，它都能發(fā)揮出其高性能、高可靠性的優(yōu)勢(shì)，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支持。

規(guī)格參數(shù)詳解

1. 絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于正確使用和設(shè)計(jì)電路至關(guān)重要。TCAN843-Q1的電源電壓、CAN總線電壓、輸入輸出電壓等都有明確的最大和最小值限制。例如，$V_{SUP}$電源電壓的范圍是 -0.3V至40V，能夠支持300ms內(nèi)高達(dá)40V的負(fù)載突降。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)必須嚴(yán)格遵守。

2. ESD等級(jí)

靜電放電（ESD）是電子器件面臨的一個(gè)重要問(wèn)題，TCAN843-Q1在這方面表現(xiàn)出色。它符合AECQ100-002標(biāo)準(zhǔn)的人體放電模型（HBM）和AEC Q100-011標(biāo)準(zhǔn)的充電器件模型（CDM），CANH和CANL引腳以GND為基準(zhǔn)的ESD等級(jí)高達(dá) +8000V，其他引腳也有相應(yīng)的保護(hù)等級(jí)，有效防止了ESD對(duì)器件的損害。

3. 建議運(yùn)行條件

為了確保器件的最佳性能和可靠性，建議在特定的運(yùn)行條件下使用。例如，$V{SUP}$電源電壓的建議范圍是4.5V至28V，$V{IO}$電源電壓的建議范圍是2.9V至5.5V，$V_{CC}$ CAN收發(fā)器電源電壓的建議范圍是4.5V至5.5V。在這些建議運(yùn)行條件下，器件能夠穩(wěn)定、高效地工作。

4. 熱性能信息

熱性能對(duì)于電子器件的穩(wěn)定性和壽命也有著重要影響。TCAN843-Q1的不同封裝形式具有不同的熱阻參數(shù)，如結(jié)至環(huán)境熱阻（$R{θJA}$）、結(jié)至外殼（頂部）熱阻（$R{θJc(top)}$）等。了解這些熱性能參數(shù)有助于在設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)時(shí)做出合理的決策，確保器件在正常的溫度范圍內(nèi)工作。

5. 電源特性

在電源特性方面，不同工作模式下的電源電流和欠壓閾值等參數(shù)都有詳細(xì)的規(guī)定。例如，在正常模式、靜音模式和進(jìn)入睡眠模式時(shí)，$I{SUP_NORMAL}$電源電流最大為140μA；在睡眠模式下，$I{SUP_SLEEP}$電源電流典型值為18μA，最大值為30μA。這些參數(shù)對(duì)于評(píng)估系統(tǒng)的功耗和設(shè)計(jì)電源管理電路非常重要。

6. 電氣特性

電氣特性包括CAN驅(qū)動(dòng)器特性和CAN接收器特性等。例如，CAN驅(qū)動(dòng)器的顯性輸出電壓、隱性輸出電壓、驅(qū)動(dòng)器對(duì)稱性等參數(shù)，以及CAN接收器的顯性狀態(tài)輸入電壓范圍、隱性狀態(tài)輸入電壓范圍等參數(shù)，都直接影響著CAN總線通信的質(zhì)量和可靠性。

7. 時(shí)序要求

在高速通信系統(tǒng)中，時(shí)序要求是非常關(guān)鍵的。TCAN843-Q1的總循環(huán)延遲、總線喚醒超時(shí)值、模式更改時(shí)間等時(shí)序參數(shù)都有明確的規(guī)定。例如，總循環(huán)延遲（驅(qū)動(dòng)器輸入（TXD）至接收器輸出（RXD））在隱性狀態(tài)至顯性狀態(tài)和顯性狀態(tài)至隱性狀態(tài)下的最大值均為250ns，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性和準(zhǔn)確性。

8. 開(kāi)關(guān)特性

開(kāi)關(guān)特性包括驅(qū)動(dòng)器和接收器的傳播延遲時(shí)間、輸出信號(hào)上升時(shí)間和下降時(shí)間等。這些參數(shù)對(duì)于評(píng)估信號(hào)的傳輸速度和質(zhì)量非常重要。例如，TXD高電平到驅(qū)動(dòng)器隱性的傳播延遲時(shí)間（$t_{PHR}$）典型值為75ns，最大值為90ns。

詳細(xì)說(shuō)明與功能模式

1. 概述

TCAN843-Q1是一款高速控制器局域網(wǎng)（CAN）收發(fā)器，符合ISO 11898-2:2024高速CAN規(guī)范對(duì)物理層的要求，支持傳統(tǒng)CAN和CAN FD網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)速率高達(dá)5兆位/秒（Mbps）。它至少支持多種CAN和CAN FD標(biāo)準(zhǔn)，并且有三個(gè)獨(dú)立的電源輸入，通過(guò)$V_{IO}$可以直接連接至3.3V或5V控制器，無(wú)需電平轉(zhuǎn)換器。同時(shí)，它還具備多種保護(hù)和診斷功能，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理各種故障情況。

2. 功能方框圖

通過(guò)功能方框圖可以更直觀地了解TCAN843-Q1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。它包括CAN驅(qū)動(dòng)器、CAN接收器、數(shù)字內(nèi)核、低功耗CAN接收器等多個(gè)部分，各個(gè)部分協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了CAN總線通信的功能。

3. 特性說(shuō)明

電源引腳

• $V_{SUP}$引腳連接到電池電源，為支持?jǐn)?shù)字內(nèi)核和低功耗CAN接收器的內(nèi)部穩(wěn)壓器提供電源。
• $V_{CC}$引腳為CAN收發(fā)器提供5V電源電壓。
• $V_{IO}$引腳提供數(shù)字I/O電壓以匹配CAN FD控制器I/O電壓，支持2.9V至5.5V的I/O電壓，適配多種控制器的需求。

數(shù)字輸入與輸出

• TXD引腳是從CAN FD控制器到TCAN843-Q1的邏輯電平輸入信號(hào)，偏置到$V_{IO}$電平，以確保在引腳懸空時(shí)強(qiáng)制采用隱性輸入。
• RXD引腳是從TCAN843-Q1到CAN FD控制器的邏輯電平信號(hào)輸出，一旦存在有效的$V{IO}$，便會(huì)驅(qū)動(dòng)為$V{IO}$電平作為邏輯高電平輸出。
• nFAULT引腳用于將TCAN843-Q1狀態(tài)指示標(biāo)志傳輸?shù)紺AN FD控制器，通過(guò)該引腳可以及時(shí)了解器件的工作狀態(tài)和故障情況。

故障指示

TCAN843-Q1通過(guò)nFAULT和RXD引腳來(lái)指示各種故障狀態(tài)，如欠壓故障、TXD顯性超時(shí)故障、CAN總線顯性故障等。了解這些故障指示對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決系統(tǒng)問(wèn)題非常重要。

4. 器件功能模式

TCAN843-Q1有六種工作模式：正常模式、待機(jī)模式、靜音模式、進(jìn)入睡眠模式、睡眠模式和關(guān)閉模式?？梢允褂胣STB引腳和EN引腳結(jié)合電源條件、溫度條件和喚醒事件來(lái)控制工作模式選擇。

正常模式

這是器件的正常運(yùn)行模式，CAN驅(qū)動(dòng)器和接收器均能完全正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)CAN通信的雙向進(jìn)行。進(jìn)入正常模式會(huì)清除WAKERQ和PWRON標(biāo)志，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

靜音模式

也稱為僅監(jiān)聽(tīng)模式和僅接收模式，在此模式下，禁用CAN驅(qū)動(dòng)器，但接收器完全正常運(yùn)行，適用于只需要接收數(shù)據(jù)的場(chǎng)景。

待機(jī)模式

是一種低功耗模式，禁用驅(qū)動(dòng)器和接收器，可減少電流消耗，但I(xiàn)NH端子處于開(kāi)啟狀態(tài)，允許系統(tǒng)的其余部分恢復(fù)正常運(yùn)行。

睡眠模式

是最低功耗模式，關(guān)閉CAN發(fā)送器和主接收器，低功耗接收器能夠監(jiān)控總線是否存在喚醒模式要求的活動(dòng)，通過(guò)CAN總線引腳接收到有效的喚醒模式或發(fā)生本地WAKE事件時(shí)，器件可以從睡眠模式中喚醒。

應(yīng)用信息與設(shè)計(jì)建議

1. 應(yīng)用信息

TCAN843-Q1通常用于具有主機(jī)微處理器或FPGA的應(yīng)用，并且需要結(jié)合電源管理技術(shù)來(lái)控制應(yīng)用的電源供應(yīng)。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)等因素，以確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，合理的CAN終端設(shè)計(jì)可以改善網(wǎng)絡(luò)的電磁發(fā)射行為，提高信號(hào)的質(zhì)量。

2. 電源相關(guān)建議

為了實(shí)現(xiàn)可靠運(yùn)行，應(yīng)在盡可能靠近電源引腳的位置放置100nF去耦電容器，以減少開(kāi)關(guān)模式電源輸出中出現(xiàn)的電源電壓波紋，補(bǔ)償PCB電源平面的電阻和電感。

3. 布局

在PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)采用高頻布局技術(shù)，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，以防止瞬變脈沖群、ESD和噪聲傳送至電路板。同時(shí)，合理布置旁路電容、大容量電容和總線端接電阻等元件，確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。

總結(jié)

TCAN843-Q1作為一款高性能、高可靠性的汽車(chē)類CAN FD收發(fā)器，具有豐富的特性和功能，能夠滿足現(xiàn)代汽車(chē)電子系統(tǒng)對(duì)高速、可靠通信的需求。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場(chǎng)景，合理選擇工作模式，正確設(shè)計(jì)電路和布局，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。相信隨著汽車(chē)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，TCAN843-Q1將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

各位電子工程師們，在你們的項(xiàng)目中是否也會(huì)考慮使用TCAN843-Q1呢？你們?cè)贑AN總線設(shè)計(jì)中遇到過(guò)哪些問(wèn)題和挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你們的經(jīng)驗(yàn)和想法。