汽車(chē)CAN FD系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片TCAN1164-Q1：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在汽車(chē)電子領(lǐng)域，隨著高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、汽車(chē)信息娛樂(lè)系統(tǒng)等的不斷發(fā)展，對(duì)高速、可靠的通信技術(shù)需求日益增長(zhǎng)。CAN FD（Controller Area Network with Flexible Data Rate）作為一種重要的汽車(chē)通信協(xié)議，能夠滿足汽車(chē)電子系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率和可靠性的要求。而TCAN1164-Q1作為一款符合AEC Q100標(biāo)準(zhǔn)的汽車(chē)CAN FD系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC），為汽車(chē)電子設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。本文將詳細(xì)介紹TCAN1164-Q1的特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)用這款芯片。

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一、芯片概述

TCAN1164-Q1是一款高速控制器局域網(wǎng)（CAN）系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片，符合ISO 11898-2:2016高速CAN規(guī)范的物理層要求。該收發(fā)器支持傳統(tǒng)CAN和CAN FD網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)速率高達(dá)8兆位/秒（Mbps）（TCAN1164-Q1）或5Mbps（TCAN1164T-Q1），能夠滿足不同汽車(chē)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的需求。

同時(shí)，TCAN1164-Q1支持寬輸入電源電壓范圍，并且集成了5V LDO輸出。5V LDO輸出（VCCOUT）可在內(nèi)部為CAN收發(fā)器提供電壓，并在外部提供額外電流，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了便利。

二、特性亮點(diǎn)

2.1 符合汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

該芯片符合面向汽車(chē)應(yīng)用的AEC Q100（1級(jí)）標(biāo)準(zhǔn)，符合ISO 11898-2:2016的要求，具備功能安全質(zhì)量管理型，還提供可幫助進(jìn)行功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)的文檔，確保了在汽車(chē)環(huán)境中的可靠性和安全性。

2.2 強(qiáng)大的電源與性能

• 寬工作輸入電壓范圍：支持寬范圍的輸入電源電壓，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。
• 集成LDO輸出：集成了具有100mA輸出電流能力的5V LDO，可為CAN收發(fā)器及其他外部設(shè)備供電。
• 高速數(shù)據(jù)傳輸：支持高達(dá)8Mbps（TCAN1164-Q1）或5Mbps（TCAN1164T-Q1）的傳統(tǒng)CAN和CAN FD通信，滿足高速數(shù)據(jù)傳輸需求。

2.3 豐富的保護(hù)與診斷功能

• 總線故障保護(hù)：具備±58V CAN總線容錯(cuò)能力，能夠有效應(yīng)對(duì)總線短路等故障情況。
• 電源保護(hù)：支持VSUP上的負(fù)載突降保護(hù)、IEC ESD保護(hù)、欠壓和過(guò)壓保護(hù)以及熱關(guān)斷保護(hù)，確保芯片在各種惡劣電源環(huán)境下正常工作。
• TXD顯性狀態(tài)超時(shí)保護(hù)：防止因TXD長(zhǎng)時(shí)間處于顯性狀態(tài)而影響網(wǎng)絡(luò)通信。

2.4 靈活的工作模式與看門(mén)狗功能

• 多種工作模式：可通過(guò)SPI編程選擇正常模式、靜音模式和待機(jī)模式，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。
• 看門(mén)狗計(jì)時(shí)器：支持超時(shí)、窗口和問(wèn)答看門(mén)狗（Q&A）等多種模式，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.5 良好的封裝與檢測(cè)特性

采用無(wú)引線VSON（14）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)制造過(guò)程中的檢測(cè)和組裝。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）

在ADAS系統(tǒng)中，需要大量的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和傳輸，TCAN1164-Q1的高速數(shù)據(jù)傳輸能力和可靠的通信性能能夠滿足傳感器與控制器之間的數(shù)據(jù)交互需求，確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

3.2 車(chē)身電子裝置和照明

車(chē)身電子裝置如車(chē)門(mén)控制、車(chē)窗控制、照明系統(tǒng)等，需要穩(wěn)定的通信協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊之間的協(xié)同工作。TCAN1164-Q1的可靠性和低功耗特性使其成為車(chē)身電子系統(tǒng)的理想選擇。

3.3 汽車(chē)信息娛樂(lè)系統(tǒng)和儀表組

汽車(chē)信息娛樂(lè)系統(tǒng)和儀表組需要處理大量的多媒體數(shù)據(jù)和車(chē)輛狀態(tài)信息，TCAN1164-Q1的高速數(shù)據(jù)傳輸和靈活的工作模式能夠滿足這些系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率和穩(wěn)定性的要求。

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

在混合動(dòng)力、電動(dòng)和動(dòng)力總成系統(tǒng)中，電池管理、電機(jī)控制等模塊之間需要進(jìn)行精確的數(shù)據(jù)通信，TCAN1164-Q1的高精度和可靠性能夠確保這些系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

四、詳細(xì)特性解析

4.1 引腳功能與配置

TCAN1164-Q1共有14個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，TXD為CAN發(fā)送數(shù)據(jù)輸入引腳，集成了上拉電阻；VCCOUT為5V LDO調(diào)節(jié)輸出電壓引腳；CANH和CANL為CAN總線的高低電平輸入/輸出引腳等。了解每個(gè)引腳的功能和配置要求，對(duì)于正確使用芯片至關(guān)重要。

4.2 電氣特性與性能參數(shù)

文檔中詳細(xì)列出了芯片的各項(xiàng)電氣特性和性能參數(shù)，包括絕對(duì)最大額定值、ESD額定值、推薦工作條件、電源特性、電氣特性、開(kāi)關(guān)特性和典型特性等。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考依據(jù)，確保芯片在合適的條件下工作，發(fā)揮最佳性能。

4.3 功能模塊與工作模式

4.3.1 功能模塊

芯片內(nèi)部包含多個(gè)功能模塊，如CAN收發(fā)器、LDO調(diào)節(jié)器、看門(mén)狗電路、故障檢測(cè)電路等。這些模塊協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了芯片的各種功能。例如，CAN收發(fā)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，LDO調(diào)節(jié)器為芯片和外部設(shè)備提供穩(wěn)定的電源，看門(mén)狗電路用于監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，故障檢測(cè)電路能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理各種故障情況。

4.3.2 工作模式

TCAN1164-Q1支持多種工作模式，包括正常模式、靜音模式、待機(jī)模式、復(fù)位模式和故障安全模式等。不同的工作模式適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，工程師可以根據(jù)實(shí)際需求通過(guò)SPI編程進(jìn)行選擇。例如，正常模式下CAN收發(fā)器和接收器都處于工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信；靜音模式下CAN驅(qū)動(dòng)器禁用，僅接收器工作，實(shí)現(xiàn)單向數(shù)據(jù)接收；待機(jī)模式下芯片處于低功耗狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到喚醒事件時(shí)可快速恢復(fù)正常工作。

4.4 看門(mén)狗功能

看門(mén)狗功能是TCAN1164-Q1的一個(gè)重要特性，它可以確保系統(tǒng)在出現(xiàn)故障或異常時(shí)能夠及時(shí)恢復(fù)正常運(yùn)行。芯片提供了窗口基于的看門(mén)狗以及可選的自主、超時(shí)或問(wèn)答（Q&A）看門(mén)狗模式，可通過(guò)SPI編程進(jìn)行配置。

在使用看門(mén)狗功能時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器：芯片具有看門(mén)狗錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器，用于記錄錯(cuò)過(guò)窗口或輸入錯(cuò)誤觸發(fā)事件的次數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到設(shè)定的閾值時(shí)，將觸發(fā)相應(yīng)的動(dòng)作。
• 定時(shí)配置：不同的看門(mén)狗模式需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行合理的定時(shí)配置，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。例如，在需要更頻繁輸入觸發(fā)事件的場(chǎng)景下，建議使用超時(shí)模式。
• 問(wèn)答看門(mén)狗：?jiǎn)柎鹂撮T(mén)狗模式要求MCU從芯片讀取“問(wèn)題”，進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算后將答案寫(xiě)回芯片。正確回答問(wèn)題才能使看門(mén)狗正常工作，否則將觸發(fā)錯(cuò)誤處理機(jī)制。

4.5 總線故障檢測(cè)與通信

TCAN1164-Q1具備先進(jìn)的總線故障檢測(cè)功能，能夠檢測(cè)CAN總線的短路、斷路、接地等故障情況，并設(shè)置相應(yīng)的狀態(tài)/中斷標(biāo)志，以便MCU及時(shí)了解故障信息。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于CAN網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，并非所有故障都能精確到具體位置。芯片通過(guò)監(jiān)測(cè)CANH和CANL引腳的電流來(lái)判斷故障類(lèi)型，但故障檢測(cè)結(jié)果可能會(huì)受到設(shè)備位置的影響。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的診斷，并將診斷信息反饋到中央點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)的全面故障檢測(cè)和管理。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

5.1 電源設(shè)計(jì)

• 輸入電壓范圍：TCAN1164-Q1的輸入電源電壓范圍為5.5V至28V，輸入電源必須經(jīng)過(guò)良好的穩(wěn)壓處理。建議在靠近芯片VSUP供電引腳處放置一個(gè)100nF的旁路電容，以減少開(kāi)關(guān)電源輸出的電壓紋波，并補(bǔ)償PCB電源平面和走線的電阻和電感。
• LDO輸出：VCCOUT引腳為5V LDO調(diào)節(jié)輸出，該引腳需要一個(gè)10μF的外部電容，且應(yīng)盡可能靠近引腳放置，以確保輸出電壓的穩(wěn)定性。在CAN總線發(fā)生故障需要LDO提供額外電流時(shí)，可能會(huì)影響外部負(fù)載組件的可用電流，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮這種情況。

5.2 布局設(shè)計(jì)

• 保護(hù)和濾波電路：將保護(hù)和濾波電路盡可能靠近總線連接器放置，以防止瞬態(tài)、ESD和噪聲傳入電路板。可以添加瞬態(tài)電壓抑制（TVS）器件進(jìn)行額外的保護(hù)，如雙向TVS二極管或壓敏電阻，其額定值應(yīng)符合應(yīng)用要求。
• 信號(hào)路徑設(shè)計(jì)：按照信號(hào)路徑設(shè)計(jì)總線保護(hù)組件，避免瞬態(tài)電流偏離信號(hào)路徑到達(dá)保護(hù)器件。使用電源和接地平面提供低電感路徑，以減少信號(hào)干擾。
• 電容和連接：旁路電容和大容量電容應(yīng)盡可能靠近收發(fā)器的電源端子放置。對(duì)于旁路電容和保護(hù)器件的電源和接地連接，建議使用至少兩個(gè)過(guò)孔，以最小化走線和過(guò)孔的電感。
• 總線終端：布局示例中展示了分裂終端的設(shè)計(jì)，即將終端電阻分為兩個(gè)電阻，通過(guò)電容將終端的中心或分接頭連接到地。這種設(shè)計(jì)可以為總線提供共模濾波。當(dāng)總線終端放置在電路板上而不是直接在總線上時(shí)，需要特別注意確保終端節(jié)點(diǎn)不會(huì)從總線上移除，以免影響總線的正常工作。

5.3 編程與配置

• SPI通信：芯片采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口進(jìn)行通信，每個(gè)SPI事務(wù)包含一個(gè)地址和讀寫(xiě)命令字節(jié)，后面跟著一到三個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。在進(jìn)行SPI通信時(shí)，需要注意時(shí)鐘信號(hào)（SCLK）的頻率和邊沿觸發(fā)特性，以及數(shù)據(jù)輸入（SDI）和輸出（SDO）的采樣和變化時(shí)刻。
• 寄存器配置：芯片的各種功能和參數(shù)通過(guò)寄存器進(jìn)行配置，如模式控制寄存器、看門(mén)狗配置寄存器、中斷使能寄存器等。在進(jìn)行寄存器配置時(shí)，需要仔細(xì)閱讀文檔，了解每個(gè)寄存器的功能和位定義，確保正確設(shè)置寄存器的值。

5.4 ESD防護(hù)

由于該集成電路容易受到ESD的損壞，在處理和安裝芯片時(shí)必須采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。ESD損壞可能會(huì)導(dǎo)致芯片性能下降甚至完全失效，特別是對(duì)于精密集成電路，微小的參數(shù)變化都可能導(dǎo)致芯片無(wú)法滿足其規(guī)格要求。因此，在整個(gè)生產(chǎn)和使用過(guò)程中，都要確保良好的靜電防護(hù)措施。

六、總結(jié)

TCAN1164-Q1作為一款高性能的汽車(chē)CAN FD系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片，具有豐富的特性和強(qiáng)大的功能，能夠滿足汽車(chē)電子系統(tǒng)對(duì)高速、可靠通信的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師需要充分了解芯片的特性、引腳功能、電氣參數(shù)、工作模式等方面的知識(shí)，合理進(jìn)行電源設(shè)計(jì)、布局設(shè)計(jì)和編程配置，并注意ESD防護(hù)等問(wèn)題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

同時(shí)，隨著汽車(chē)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)芯片的性能和功能要求也在不斷提高。TCAN1164-Q1在設(shè)計(jì)上已經(jīng)考慮了很多未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中，工程師還需要不斷關(guān)注新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，結(jié)合具體的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮芯片的優(yōu)勢(shì)，為汽車(chē)電子系統(tǒng)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

你在使用TCAN1164-Q1芯片的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題？或者你對(duì)芯片的哪些特性更感興趣？歡迎在評(píng)論區(qū)留言討論。