汽車級 CAN FD 收發器 TCAN857-Q1：特性、應用與設計要點

在汽車電子領域，CAN（Controller Area Network）總線作為一種可靠的通信協議，廣泛應用于各種汽車系統中。而 CAN 收發器則是實現 CAN 總線通信的關鍵組件。今天，我們要深入探討的是德州儀器（TI）推出的 TCAN857-Q1 汽車級 CAN FD 收發器，它具有諸多出色的特性和廣泛的應用場景，為汽車電子設計帶來了更多的可能性。

文件下載：tcan857-q1.pdf

一、特性亮點

1. 高可靠性與兼容性

• 符合汽車標準：TCAN857-Q1 符合面向汽車應用的 AEC-Q100 標準，這意味著它經過了嚴格的汽車級認證，能夠在惡劣的汽車環境中穩定工作。其人體放電模型（HBM）ESD 保護在 CANH 和 CANL 引腳具有 ±12KV 的電壓，充電器件模型（CDM）ESD 保護電壓為 ±500V，IEC 61000-4-2 接觸放電可達 ±8KV（未供電），為器件提供了強大的靜電防護能力。
• 符合物理層標準：該收發器符合 ISO 11898-2:2024 物理層標準，支持傳統 CAN 和經優化的 CAN FD 性能，數據速率可達 2Mbps 和 5Mbps，能夠滿足不同汽車系統對通信速率的需求。

2. 功能安全設計

• 功能安全文檔支持：可提供用于功能安全系統設計的文檔，這對于需要滿足功能安全要求的汽車應用至關重要。
• 保護特性豐富：具備多種保護特性，如總線故障保護（±40V）、欠壓保護、TXD 顯性超時（DTO）和熱關斷保護（TSD）等，能夠有效防止器件在異常情況下損壞，保障系統的可靠性。

3. 工作模式靈活

• 正常和靜音模式：支持正常和靜音兩種工作模式。在正常模式下，CAN 驅動器和接收器均能完全正常運行，實現雙向通信；在靜音模式下，CAN 驅動器被禁用，高速 CAN 接收器被啟用，可降低功耗，適用于某些特定的應用場景。

4. 性能優化

• 短傳播延遲：具有較短的對稱傳播延遲時間，可增加時序裕量，提高通信的穩定性。
• 寬電壓范圍：TCAN857V-Q1 I/O 電壓范圍支持 2.9V 至 5.25V，支持 12V 電池應用，接收器共模輸入電壓為 ±12V，能夠適應不同的電源和信號環境。

5. 封裝優勢

采用小型 8 引腳 SOIC、SOT-23 和無引線 VSON-8 封裝，提高了自動光學檢測（AOI）能力，方便生產制造。

二、應用場景

TCAN857-Q1 適用于多種汽車和運輸領域的應用，包括但不限于：

• 車身控制模塊：用于控制汽車的各種車身功能，如門鎖、車窗、車燈等。
• 汽車網關：實現不同 CAN 網絡之間的數據交換和通信。
• 高級駕駛輔助系統（ADAS）：為 ADAS 系統提供可靠的通信支持，確保傳感器和控制器之間的數據傳輸。
• 信息娛樂系統：用于車內信息娛樂設備之間的通信，如導航系統、音響系統等。

三、詳細設計要點

1. 引腳配置與功能

2. 規格參數

絕對最大額定值

在設計時，需要注意器件的絕對最大額定值，超出這些值運行可能會對器件造成損壞。例如，Vcc 電源電壓范圍為 -0.3V 至 6V，VBus（CAN 總線 VO 電壓）范圍為 -40V 至 40V 等。

ESD 等級

該器件的 ESD 等級符合相關標準，如人體放電模型（HBM）所有引腳的分類等級為 3A（±2000V），全局引腳 CANH 和 CANL 的 HBM 分類等級為 3B（+12000V），充電器件模型（CDM）為 ±500V，為器件提供了良好的靜電防護。

建議運行條件

為了確保器件的正常運行，應在建議運行條件下使用。例如，Vcc 電源電壓建議范圍為 4.75V 至 5.25V，VIO 電源電壓建議范圍為 2.9V 至 5.25V 等。

3. 特性說明

TXD 顯性超時（DTO）

在正常模式下，TXD DTO 電路可防止本地節點在硬件或軟件失效時妨礙網絡通信。當 TXD 保持顯性狀態的時間超過了超時時間 tTXD_DTO 時，CAN 驅動器將被禁用，釋放總線供其他節點通信，直到 TXD 引腳上出現隱性信號時重新激活。

CAN 總線短路電流限制

該器件具有多種保護特性來限制 CAN 總線短路時的短路電流，包括顯性和隱性狀態下的 CAN 驅動器電流限制以及 TXD 顯性狀態超時。在設計電源時，需要考慮平均短路電流和可能的網絡故障情況。

熱關斷（TSD）

如果器件的結溫超出熱關斷閾值 TTSD，CAN 驅動器電路將被關斷，當結溫降至 TTSD 以下時，關斷條件會被清除。在設計散熱方案時，需要考慮器件的熱特性，確保其在正常工作溫度范圍內。

欠壓鎖定

電源引腳 VCC 和 VIO 具有欠壓檢測功能，可將器件置于受保護狀態，防止在欠壓事件時對總線造成影響。一旦欠壓條件被清除且 tMODE 到期，器件就會轉換到正常模式。

4. 應用設計

CAN 端接

總線末端可以采用單個 120Ω 電阻進行端接，也可以采用分裂終端來改善網絡的電磁發射行為。分裂端接通過濾除差分信號線路上可能存在的高頻共模噪聲，提高通信的穩定性。

總線負載能力、長度和節點數

在設計 CAN 網絡時，需要考慮總線負載能力、長度和節點數的影響。TCAN857-Q1 系列理論上在單個總線段上支持超過 100 個收發器，但實際應用中需要考慮系統和電纜中的信號損失、寄生負載、時序、網絡失衡、接地偏移和信號完整性等問題，留有一定的裕度。

電源相關建議

TCAN857-Q1 收發器設計為在 4.75V 至 5.25V 的 VCC 主輸入電源電壓范圍內運行，VIO 設計電壓范圍為 3V 至 5.25V。這兩個電源輸入必須經過良好調節，并在相應的電源引腳附近放置去耦電容，以減少電源噪聲的影響。

布局要點

穩健可靠的 CAN 節點設計需要特殊的布局技術。將保護和濾波電路放置于盡可能靠近總線連接器的位置，防止瞬變、ESD 和噪聲傳播到電路板。去耦電容要盡可能靠近收發器的電源引腳放置，當旁路電容和保護器件連接電源和地時，應至少使用兩個過孔以減少布線電感和過孔電感。

四、總結

TCAN857-Q1 汽車級 CAN FD 收發器以其高可靠性、兼容性、豐富的保護特性和靈活的工作模式，為汽車電子設計提供了一個優秀的解決方案。在實際設計過程中，電子工程師需要充分了解其特性和規格參數，合理進行引腳配置、應用設計和布局，以確保系統的穩定性和可靠性。同時，要注意遵循相關的設計標準和建議，避免因設計不當導致的問題。大家在使用 TCAN857-Q1 過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題或者有什么獨特的設計經驗呢？歡迎在評論區分享交流。