TCAN1472-Q1汽車級(jí)CAN FD收發(fā)器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引言

在汽車電子領(lǐng)域，CAN FD（Controller Area Network with Flexible Data Rate）技術(shù)憑借其高數(shù)據(jù)傳輸速率和靈活性，成為了現(xiàn)代汽車通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。TCAN1472-Q1作為一款具有信號(hào)改善功能（SIC）、待機(jī)模式和故障保護(hù)功能的汽車級(jí)CAN FD收發(fā)器，為汽車電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了可靠的解決方案。本文將深入介紹TCAN1472-Q1的特性、應(yīng)用場(chǎng)景以及設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵要點(diǎn)。

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一、TCAN1472-Q1的特性

1. 汽車級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與功能安全

TCAN1472-Q1符合AEC Q100（1級(jí)）標(biāo)準(zhǔn)，滿足汽車應(yīng)用的嚴(yán)格要求，并且是功能安全型器件，可提供用于功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)的文檔，符合ISO 11898-2:2024標(biāo)準(zhǔn)的要求，包括附件A的CAN SIC規(guī)范。這使得它能夠在汽車復(fù)雜的電磁環(huán)境和惡劣的工作條件下穩(wěn)定運(yùn)行，為汽車電子系統(tǒng)的安全性提供了保障。

2. 數(shù)據(jù)速率支持

該收發(fā)器支持傳統(tǒng)CAN和CAN FD（高達(dá)8Mbps），通過(guò)減少?gòu)?fù)雜拓?fù)渲械恼疋彛e極改善總線信號(hào)，并且向后兼容，可用于傳統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)。這意味著在升級(jí)現(xiàn)有CAN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，無(wú)需對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模改造，降低了升級(jí)成本和風(fēng)險(xiǎn)。

3. 電平轉(zhuǎn)換與工作模式

$V{IO}$電平轉(zhuǎn)換支持1.7V至5.5V工作模式，包括正常模式和支持遠(yuǎn)程喚醒請(qǐng)求功能的低功耗待機(jī)模式。在待機(jī)模式下，只需要$V{IO}$電源，因此可以關(guān)閉$V_{CC}$以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的系統(tǒng)級(jí)節(jié)電。這種靈活的工作模式設(shè)計(jì)，使得TCAN1472-Q1能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和功耗要求。

4. 無(wú)源行為與熱插拔支持

未供電時(shí)，總線和邏輯終端處于高阻態(tài)，對(duì)運(yùn)行總線或應(yīng)用無(wú)負(fù)載，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。同時(shí)，還定義了浮動(dòng)邏輯引腳和電源欠壓情況下的器件行為，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

5. 保護(hù)特性

總線引腳上提供IEC ESD保護(hù)，具備±58V CAN總線容錯(cuò)能力，$V{CC}$和$V{IO}$（僅限V型號(hào)）電源終端具有欠壓保護(hù)，TXD顯性狀態(tài)超時(shí)（TXD DTO）和熱關(guān)斷保護(hù)（TSD）等功能。這些保護(hù)特性能夠有效防止器件在異常情況下?lián)p壞，延長(zhǎng)器件的使用壽命。

6. 封裝形式

采用SOIC（8）、小型SOT - 23（8）和無(wú)引線VSON（8）封裝，具有可濕性側(cè)面，提高了自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）能力，方便生產(chǎn)制造和質(zhì)量檢測(cè)。

二、應(yīng)用場(chǎng)景

1. 汽車網(wǎng)關(guān)

汽車網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)不同CAN網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換和協(xié)議轉(zhuǎn)換，TCAN1472-Q1的高數(shù)據(jù)速率和信號(hào)改善功能，能夠確保網(wǎng)關(guān)在處理大量數(shù)據(jù)時(shí)的高效性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)不同子網(wǎng)之間的可靠通信。

2. 高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）

ADAS系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性要求極高，TCAN1472-Q1的高速數(shù)據(jù)傳輸能力和故障保護(hù)功能，能夠滿足ADAS系統(tǒng)中傳感器與控制器之間的通信需求，為車輛的安全駕駛提供保障。

3. 車身電子裝置和照明

在車身電子裝置和照明系統(tǒng)中，需要對(duì)多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制和通信，TCAN1472-Q1的低功耗待機(jī)模式和熱插拔支持，能夠降低系統(tǒng)功耗，方便系統(tǒng)的安裝和維護(hù)。

4. 混合動(dòng)力、電動(dòng)和動(dòng)力總成系統(tǒng)

這些系統(tǒng)對(duì)通信的可靠性和安全性要求嚴(yán)格，TCAN1472-Q1的功能安全特性和總線容錯(cuò)能力，能夠確保在復(fù)雜的電氣環(huán)境下，動(dòng)力總成系統(tǒng)的各個(gè)部件之間實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的通信。

5. 汽車信息娛樂系統(tǒng)與儀表組

汽車信息娛樂系統(tǒng)和儀表組需要實(shí)時(shí)顯示各種信息，TCAN1472-Q1的高速數(shù)據(jù)傳輸能力和電平轉(zhuǎn)換功能，能夠滿足系統(tǒng)與其他部件之間的通信需求，提供流暢的用戶體驗(yàn)。

三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 引腳配置與功能

TCAN1472-Q1具有8個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，TXD是CAN發(fā)送數(shù)據(jù)輸入，集成上拉電阻；RXD是CAN接收數(shù)據(jù)輸出，斷電時(shí)三態(tài)；STB是待機(jī)模式控制輸入，集成上拉電阻等。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景，正確連接各個(gè)引腳，確保器件的正常工作。

2. 電源設(shè)計(jì)

TCAN1472-Q1收發(fā)器設(shè)計(jì)為在4.5V至5.5V的$V{CC}$主輸入電源電壓范圍內(nèi)運(yùn)行，TCAN1472V - Q1采用I/O電平轉(zhuǎn)換電源輸入$V{IO}$，設(shè)計(jì)電壓范圍為1.8V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，以減少電源噪聲對(duì)器件的影響。

3. CAN總線端接

總線末端可以采用單個(gè)120Ω電阻進(jìn)行端接，放在電纜上或端接節(jié)點(diǎn)中。如果總線的共模電壓需要進(jìn)行濾波和穩(wěn)壓，則可以采用分裂終端。分裂終端通過(guò)濾除差分信號(hào)線路上可能存在的高頻共模噪聲來(lái)改善網(wǎng)絡(luò)的電磁輻射行為。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和總線長(zhǎng)度，選擇合適的端接方式。

4. 布局設(shè)計(jì)

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。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。同時(shí)，高頻電流會(huì)選擇阻抗最小的路徑，而非電阻最小的路徑，在布局時(shí)需要充分考慮這一點(diǎn)。

5. 喚醒功能設(shè)計(jì)

TCAN1472-Q1支持遠(yuǎn)程喚醒請(qǐng)求，可讓主機(jī)微控制器了解總線已運(yùn)行，節(jié)點(diǎn)應(yīng)恢復(fù)正常運(yùn)行。該器件使用ISO 11898 - 2:2024標(biāo)準(zhǔn)中的多重濾波顯性喚醒模式（WUP）來(lái)鑒定總線活動(dòng)。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要合理設(shè)置喚醒模式的參數(shù)，如$WK_FILTER$時(shí)間和$t_{WK_TIMEOUT}$，以防止噪聲和總線卡在顯性故障導(dǎo)致錯(cuò)誤的喚醒請(qǐng)求，同時(shí)允許任何有效報(bào)文發(fā)起喚醒請(qǐng)求。

四、總結(jié)

TCAN1472-Q1汽車級(jí)CAN FD收發(fā)器憑借其豐富的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，為汽車電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，電子工程師需要充分了解器件的特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，合理進(jìn)行引腳配置、電源設(shè)計(jì)、總線端接、布局設(shè)計(jì)和喚醒功能設(shè)計(jì)等，以確保系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和性能。隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，TCAN1472-Q1有望在更多的汽車應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。

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