汽車CAN FD收發(fā)器的優(yōu)選之選——TCAN843-Q1

在汽車電子領(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。隨著汽車功能的不斷增加和智能化程度的提升，對CAN總線的性能要求也越來越高。CAN FD（CAN with Flexible Data Rate）作為CAN總線的升級版本，能夠提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更大的數(shù)據(jù)長度，滿足了現(xiàn)代汽車對高速、可靠通信的需求。今天，我們就來詳細(xì)介紹一款具有睡眠模式的汽車類CAN FD收發(fā)器——TCAN843-Q1。

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特性亮點

1. 嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)與安全設(shè)計

TCAN843-Q1符合面向汽車應(yīng)用的AEC Q100標(biāo)準(zhǔn)，并且是功能安全型器件。在發(fā)布時會提供相關(guān)文檔來協(xié)助進行功能安全系統(tǒng)設(shè)計，這為汽車電子系統(tǒng)的安全運行提供了有力保障。同時，它也符合ISO 11898-2:2024的要求，確保了與國際標(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電子系統(tǒng)中都能穩(wěn)定工作，無論是傳統(tǒng)的CAN通信還是高速的CAN FD通信，都能輕松應(yīng)對。

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、待機模式和低功耗睡眠模式。不同的工作模式可以根據(jù)實際應(yīng)用場景進行靈活切換，從而實現(xiàn)節(jié)能和優(yōu)化系統(tǒng)性能的目的。例如，在車輛處于待機狀態(tài)時，可以將收發(fā)器切換到待機模式或睡眠模式，降低功耗，延長電池使用壽命。

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，通過控制外部穩(wěn)壓器來實現(xiàn)對系統(tǒng)電源的管理。同時，支持通過WAKE引腳實現(xiàn)本地喚醒，當(dāng)檢測到喚醒事件時，能夠迅速從低功耗模式恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，確保系統(tǒng)的實時響應(yīng)能力。

5. 完善的保護特性

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

6. 良好的封裝設(shè)計

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

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

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

規(guī)格參數(shù)詳解

1. 絕對最大額定值

了解器件的絕對最大額定值對于正確使用和設(shè)計電路至關(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。超出這些絕對最大額定值運行可能會對器件造成永久損壞，因此在設(shè)計時必須嚴(yán)格遵守。

2. ESD等級

靜電放電（ESD）是電子器件面臨的一個重要問題，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等級高達(dá) +8000V，其他引腳也有相應(yīng)的保護等級，有效防止了ESD對器件的損害。

3. 建議運行條件

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)計散熱系統(tǒng)時做出合理的決策，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、靜音模式和進入睡眠模式時，$I{SUP_NORMAL}$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)對于評估系統(tǒng)的功耗和設(shè)計電源管理電路非常重要。

6. 電氣特性

電氣特性包括CAN驅(qū)動器特性和CAN接收器特性等。例如，CAN驅(qū)動器的顯性輸出電壓、隱性輸出電壓、驅(qū)動器對稱性等參數(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. 時序要求

在高速通信系統(tǒng)中，時序要求是非常關(guān)鍵的。TCAN843-Q1的總循環(huán)延遲、總線喚醒超時值、模式更改時間等時序參數(shù)都有明確的規(guī)定。例如，總循環(huán)延遲（驅(qū)動器輸入（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性和準(zhǔn)確性。

8. 開關(guān)特性

開關(guān)特性包括驅(qū)動器和接收器的傳播延遲時間、輸出信號上升時間和下降時間等。這些參數(shù)對于評估信號的傳輸速度和質(zhì)量非常重要。例如，TXD高電平到驅(qū)動器隱性的傳播延遲時間（$t_{PHR}$）典型值為75ns，最大值為90ns。

詳細(xì)說明與功能模式

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)，并且有三個獨立的電源輸入，通過$V_{IO}$可以直接連接至3.3V或5V控制器，無需電平轉(zhuǎn)換器。同時，它還具備多種保護和診斷功能，能夠及時發(fā)現(xiàn)和處理各種故障情況。

2. 功能方框圖

通過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)動器、CAN接收器、數(shù)字內(nèi)核、低功耗CAN接收器等多個部分，各個部分協(xié)同工作，實現(xiàn)了CAN總線通信的功能。

3. 特性說明

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，偏置到$V_{IO}$電平，以確保在引腳懸空時強制采用隱性輸入。
• RXD引腳是從TCAN843-Q1到CAN FD控制器的邏輯電平信號輸出，一旦存在有效的$V{IO}$，便會驅(qū)動為$V{IO}$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，通過該引腳可以及時了解器件的工作狀態(tài)和故障情況。

故障指示

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

4. 器件功能模式

TCAN843-Q1有六種工作模式：正常模式、待機模式、靜音模式、進入睡眠模式、睡眠模式和關(guān)閉模式。可以使用nSTB引腳和EN引腳結(jié)合電源條件、溫度條件和喚醒事件來控制工作模式選擇。

正常模式

這是器件的正常運行模式，CAN驅(qū)動器和接收器均能完全正常運行，實現(xiàn)CAN通信的雙向進行。進入正常模式會清除WAKERQ和PWRON標(biāo)志，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

靜音模式

也稱為僅監(jiān)聽模式和僅接收模式，在此模式下，禁用CAN驅(qū)動器，但接收器完全正常運行，適用于只需要接收數(shù)據(jù)的場景。

待機模式

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

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，通過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，器件可以從睡眠模式中喚醒。

應(yīng)用信息與設(shè)計建議

1. 應(yīng)用信息

TCAN843-Q1通常用于具有主機微處理器或FPGA的應(yīng)用，并且需要結(jié)合電源管理技術(shù)來控制應(yīng)用的電源供應(yīng)。在設(shè)計CAN網(wǎng)絡(luò)時，需要考慮總線負(fù)載能力、長度和節(jié)點數(shù)等因素，以確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行。同時，合理的CAN終端設(shè)計可以改善網(wǎng)絡(luò)的電磁發(fā)射行為，提高信號的質(zhì)量。

2. 電源相關(guān)建議

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

3. 布局

在PCB設(shè)計過程中，應(yīng)采用高頻布局技術(shù)，將保護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，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)代汽車電子系統(tǒng)對高速、可靠通信的需求。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場景，合理選擇工作模式，正確設(shè)計電路和布局，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。相信隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，TCAN843-Q1將會在更多的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

各位電子工程師們，在你們的項目中是否也會考慮使用TCAN843-Q1呢？你們在CAN總線設(shè)計中遇到過哪些問題和挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你們的經(jīng)驗和想法。