TCAN1473-Q1：汽車CAN FD收發器的卓越之選

在汽車電子領域，CAN（Controller Area Network）總線作為一種可靠的通信方式，廣泛應用于各種系統中。隨著汽車技術的不斷發展，對CAN收發器的性能和功能要求也越來越高。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）推出的TCAN1473-Q1汽車CAN FD收發器，看看它有哪些獨特之處。

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1. 產品概述

TCAN1473-Q1是一款高速CAN收發器，滿足ISO 11898-2:2024 CAN-FD和信號改善能力（SIC）的物理層要求，以及CiA 601-4高速CAN規范。它的數據速率無關性使其既可以向后兼容支持經典CAN應用，又能支持高達8Mbps的CAN FD網絡。

這款收發器具有三個獨立的電源輸入引腳（$V{SUP}$、$V{CC}$和$V{IO}$），通過$V{IO}$引腳，它可以直接與1.8V、2.5V、3.3V或5V的控制器接口，無需額外的電平轉換器。此外，它還能通過INH輸出引腳選擇性地啟用系統中的各種電源，從而降低系統級電池電流消耗，實現低電流睡眠狀態。

2. 主要特性

2.1 信號改善能力（SIC）

在復雜的星型拓撲結構中，信號振鈴是一個常見的問題，它會影響數據傳輸的速率和可靠性。TCAN1473-Q1集成了SIC功能，通過最小化信號振鈴，提高了在復雜拓撲結構中可實現的最大數據速率。

在經典的CAN網絡中，由于阻抗不匹配，信號反射會導致振鈴現象。而TCAN1473-Q1通過TX-based SIC功能，在從顯性到隱性的轉換過程中，持續強力驅動總線隱性狀態，直到$t_{SIC_END}$，從而減少反射，使隱性位在采樣點保持干凈。這種技術的應用，讓CAN FD網絡在復雜環境下也能穩定高效地工作。

2.2 多種工作模式

TCAN1473-Q1具有六種工作模式，包括正常模式、靜音模式、待機模式、進入睡眠過渡模式、睡眠模式和保護模式。不同的工作模式可以根據系統的需求進行靈活切換，以實現最佳的性能和功耗平衡。

• 正常模式：CAN驅動器和接收器完全運行，CAN通信雙向進行。
• 靜音模式：CAN驅動器禁用，但接收器正常工作，只能接收數據。
• 待機模式：驅動器禁用，低功耗總線監視器啟用，低信號可喚醒。
• 睡眠模式：最低功耗模式，CAN發射器和主接收器關閉，低功耗喚醒接收器監控總線。

2.3 豐富的保護和診斷功能

為了確保系統的可靠性和穩定性，TCAN1473-Q1集成了多種保護和診斷功能，包括欠壓檢測、CAN總線故障檢測、電池連接檢測、熱關斷（TSD）、驅動器顯性超時（TXD DTO）和高達±58V的總線故障保護。

• 欠壓保護：對$V{SUP}$、$V{CC}$和$V_{IO}$三個電源引腳進行欠壓檢測，當檢測到欠壓事件時，設備進入保護狀態，保護CAN總線和系統免受干擾。
• 熱關斷保護：當結溫超過熱關斷閾值時，關閉CAN驅動器電路，防止設備過熱損壞。
• TXD顯性狀態超時保護：如果TXD引腳長時間保持顯性狀態，會觸發超時保護，避免系統故障。

3. 引腳配置和功能

3.1 電源引腳

• $V_{SUP}$引腳：連接到電池電源，為內部穩壓器提供電源，支持數字核心和低功耗CAN接收器。
• $V_{CC}$引腳：為CAN收發器提供5V電源。
• $V_{IO}$引腳：提供數字I/O電壓，支持1.7V至5.5V的電壓范圍，可直接與不同電壓的控制器接口。

3.2 數字輸入和輸出引腳

• TXD引腳：邏輯電平輸入信號，來自CAN FD控制器，偏置到$V_{IO}$電平。
• RXD引腳：邏輯電平輸出信號，發送到CAN FD控制器，當$V{IO}$有效時，驅動到$V{IO}$電平。
• nFAULT引腳：用于向CAN FD控制器傳輸設備狀態指示標志，如故障、喚醒請求等。
• EN引腳和nSTB引腳：用于模式選擇，內部下拉以防止系統功耗過高和誤喚醒。

3.3 其他引腳

• INH引腳：高電壓輸出引腳，可用于控制外部穩壓器，除睡眠模式外，該功能均開啟。
• WAKE引腳：用于本地喚醒功能，雙向邊沿觸發，可識別上升或下降沿的喚醒信號。
• CANH和CANL引腳：CAN總線的差分引腳，內部連接到CAN收發器和低電壓喚醒接收器。

4. 電氣特性和性能參數

4.1 絕對最大額定值

在使用TCAN1473-Q1時，需要注意其絕對最大額定值，以避免設備損壞。例如，$V{SUP}$電源電壓的范圍為 -0.3V至45V，$V{CC}$和$V_{IO}$電源電壓的范圍為 -0.3V至6V，CAN總線I/O電壓（CANH、CANL）的范圍為 -58V至58V。

4.2 ESD（靜電放電）額定值

該收發器具有良好的ESD保護性能，符合AEC Q100-002（人體模型）和AEC Q100-011（帶電設備模型）的標準。其中，VSUP、CANH、CANL和WAKE引腳相對于地的人體模型ESD額定值為±8000V，其他引腳為±4000V，所有引腳的帶電設備模型ESD額定值為±750V。

4.3 推薦工作條件

根據文檔，推薦的工作條件包括$V{SUP}$電源電壓為4.5V至40V，$V{IO}$電源電壓為1.7V至5.5V，$V_{CC}$電源電壓為4.75V至5.25V，工作結溫范圍為 -40°C至150°C等。在這些條件下，設備能夠穩定可靠地工作。

4.4 電源特性

在推薦工作條件下，不同工作模式下的電源電流也有所不同。例如，CAN活動正常模式下的$I_{SUPNORMAL}$為140μA，待機模式下的$I{SUPSTBY}$為40μA，睡眠模式下的$I{SUP_SLEEP}$為18 - 33μA。此外，文檔還給出了欠壓閾值、電源電流等參數的詳細信息。

4.5 電氣特性

包括CAN驅動器特性、CAN接收器特性和TXD特性等。例如，CAN驅動器在顯性狀態下的輸出電壓、差分輸出電壓等，CAN接收器在顯性和隱性狀態下的輸入電壓范圍、遲滯電壓等。這些特性對于確保CAN通信的準確性和可靠性至關重要。

5. 應用信息

5.1 典型應用

TCAN1473-Q1適用于多種汽車應用，如車身電子和照明、汽車網關、高級駕駛輔助系統（ADAS）、信息娛樂和集群、混合動力、電動和動力總成系統等。在這些應用中，它可以實現高效、可靠的CAN通信。

5.2 設計要求

在設計CAN網絡時，需要考慮總線負載、長度和節點數量等因素。TCAN1473-Q1具有較高的輸入阻抗，理論上可以支持超過100個收發器在單個總線段上。但在實際設計中，需要考慮信號損失、寄生負載、時序、網絡不平衡、接地偏移和信號完整性等因素，以確保網絡的穩定性和可靠性。

5.3 詳細設計步驟

• CAN終端：可以使用單個120Ω電阻在總線兩端進行終端匹配，也可以使用分裂終端來過濾和穩定總線的共模電壓。
• 電源供應：建議使用100nF的去耦電容靠近電源引腳，以減少電源電壓紋波。
• 布局：采用特殊的布局技術，如將保護和濾波電路靠近總線連接器，使用共模扼流圈等，以提高CAN節點的抗干擾能力。

6. 總結

TCAN1473-Q1作為一款高性能的汽車CAN FD收發器，具有信號改善能力、多種工作模式、豐富的保護和診斷功能等優點。它的出現，為汽車電子系統的設計提供了更加可靠、高效的解決方案。在實際應用中，我們需要根據具體的需求和設計要求，合理選擇和使用該收發器，以確保系統的性能和可靠性。

各位工程師朋友們，你們在使用CAN收發器時遇到過哪些問題呢？對于TCAN1473-Q1的應用，你們有什么獨特的見解嗎？歡迎在評論區留言分享！