汽車級CAN FD收發器TCAN844-Q1：特性、應用與設計要點

在汽車電子系統中，可靠的數據通信至關重要。CAN（Controller Area Network）總線作為一種廣泛應用于汽車領域的通信協議，其收發器的性能直接影響著整個系統的穩定性和可靠性。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）推出的汽車級CAN FD收發器TCAN844-Q1。

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一、TCAN844-Q1概述

TCAN844-Q1是一款高速CAN收發器，符合ISO 11898-2:2024高速CAN規范的物理層要求。它不僅具備多種保護功能，以滿足嚴格的汽車系統要求，還支持高達5Mbps的CAN FD數據速率，為汽車電子系統的高效通信提供了有力保障。

（一）產品特性

1. 高可靠性與兼容性
   • 符合汽車標準：該器件符合面向汽車應用的AEC - Q100標準，具備出色的ESD保護能力。其中，人體放電模型（HBM）ESD保護方面，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），確保了在復雜汽車環境中的穩定運行。
   • 符合物理層標準：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，數據速率低至9.2kbps，高可達2Mbps和5Mbps，可適應不同的汽車應用場景。
2. 功能安全設計：該器件是功能安全型產品，可提供用于功能安全系統設計的文檔，滿足汽車安全相關應用的需求。
3. 寬電壓范圍與保護特性
   • 寬電壓支持：TCAN844V - Q1的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，能適應多種電源環境。
   • 多重保護功能：具備總線故障保護（±40V）、欠壓保護、TXD顯性超時（DTO）、熱關斷保護（TSD）等多種保護特性，有效提高了器件的可靠性和穩定性。
4. 低功耗與靈活工作模式：支持正常模式和低功耗待機模式，其中待機模式支持遠程喚醒請求功能。在未上電時，總線和邏輯引腳為高阻抗，運行總線或應用上無負載，還支持熱插拔，可實現上電/斷電無干擾運行，降低了系統功耗。
5. 小型封裝設計：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，節省了電路板空間。

（二）產品應用

TCAN844 - Q1適用于多種汽車和運輸領域的應用，如車身控制模塊、汽車網關、高級駕駛輔助系統（ADAS）、信息娛樂系統等，為這些系統之間的數據通信提供了可靠的解決方案。

（三）典型應用案例

在汽車高級駕駛輔助系統（ADAS）中，需要快速、準確地傳輸大量的傳感器數據，如攝像頭、雷達等的數據。TCAN844 - Q1憑借其高速的數據傳輸能力（支持CAN FD數據速率為2Mbps和5Mbps）以及低功耗待機模式，能夠滿足ADAS系統對數據實時性和低功耗的要求。同時，其多重保護特性可以確保在復雜的電磁環境中穩定運行，保障了ADAS系統的可靠性。有研究指出，在自動駕駛和智能網聯對網絡通信高要求的背景下，傳統CAN通信在傳輸速率和數據長度上存在限制，而像TCAN844 - Q1這類支持CAN FD的收發器則能更好地適應新的需求。

（四）詳細設計要點

1. CAN端接：總線末端可采用單個120Ω電阻器進行端接，若需要對總線的共模電壓進行濾波和穩壓，可采用分裂端接。分裂端接能濾除差分信號線路上可能存在的高頻共模噪聲，改善網絡的電磁發射行為。
2. 總線負載能力與節點數：TCAN844(V) - Q1系列可在總線負載低至50Ω時滿足1.5V要求，在45Ω總線負載時滿足1.4V差分輸出要求，器件的差分輸入阻抗至少為40kΩ。理論上在單個總線段上支持超過100個收發器，但在實際CAN網絡設計中，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，因此實際的最大節點數通常更少。
3. 電源設計：TCAN844 - Q1收發器設計為在4.75V至5.25V的$V{CC}$主輸入電源電壓范圍內運行，TCAN844V - Q1采用IO電平轉換電源輸入$V{IO}$，設計電壓范圍為2.9V至5.25V。必須對$V{CC}$和$V{IO}$輸入進行良好調節，除了電源濾波之外，還可在CAN收發器主$V{CC}$和$V{IO}$電源引腳附近放置一個去耦電容器，通常為100nF。
4. 布局設計
   • 保護和濾波電路：將保護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。可采用可選瞬態電壓抑制（TVS）二極管D1和總線濾波電容C4、C5。
   • 去耦電容器：去耦電容器要盡可能靠近收發器的電源引腳$V{CC}$和$V{IO}$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更大限度減少布線電感和過孔電感。
   • 分裂終端：可在CAN節點上實現分裂終端，此終端分為R2和R3兩個電阻，終端的中心或分接抽頭通過電容C3接地，為總線提供共模濾波。

（五）總結

TCAN844 - Q1汽車級CAN FD收發器以其高可靠性、高速數據傳輸能力、低功耗和多重保護特性，成為汽車和運輸領域中CAN通信的理想選擇。在實際設計應用中，工程師需要根據具體的系統需求，合理進行CAN端接、電源設計和布局設計，以充分發揮該器件的性能優勢，確保系統的穩定運行。大家在使用過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題或者有更好的設計經驗呢？歡迎在評論區分享交流。