探索TCAN1051：具備CAN FD與故障保護功能的CAN 收發器

在電子工程領域，CAN（Controller Area Network）收發器是構建可靠通信網絡的關鍵組件。它們就像繁忙城市中的交通指揮中心，確保數據在各個節點之間準確、高效地傳輸。今天，我們要深入探討TI公司推出的TCAN1051系列CAN收發器。這一系列產品以其出色的性能和豐富的功能，為眾多應用場景提供了強大的支持。

文件下載：tcan1051hg.pdf

1. 產品特性：卓越性能，保駕護航

1.1 標準合規性

TCAN1051系列嚴格遵循ISO 11898 - 2:2016和ISO 11898 - 5:2007物理層標準，這就好比為產品的性能和兼容性上了一道“保險鎖”，確保它能夠無縫融入各種符合這些標準的CAN網絡中，為不同系統之間的通信提供了可靠的保障。

1.2 功能安全設計

提供功能安全型文檔，這在工業控制、汽車電子等對安全要求極高的領域尤為重要。它就像一個專業的安全顧問，能夠幫助工程師們進行功能安全系統設計，讓整個系統在運行過程中更加穩定、可靠，減少潛在的風險。

1.3 高速數據傳輸

所有器件都支持經典CAN和高達2Mbps的CAN FD（靈活數據速率），而帶有“G”后綴的器件更是能實現高達5Mbps的數據速率。這使得它在高速數據傳輸方面表現出色，能夠滿足現代工業自動化、汽車電子等領域對數據快速處理的需求。就像在高速公路上飛馳的跑車，能夠迅速將數據送達目的地。

1.4 低傳播延遲與高時序裕量

具有較短的對稱傳播延遲時間和快速循環次數，這大大增加了時序裕量。在有負載的CAN網絡中，能夠實現更快的數據速率，確保數據能夠及時、準確地傳輸，避免了數據擁堵和延遲的問題。

1.5 寬電壓范圍支持

I/O電壓范圍支持3.3V和5V的MCU，這使得它具有很強的通用性和適應性，能夠與不同電壓標準的微控制器輕松配合，為各種應用場景提供了更多的選擇。

1.6 理想無源行為

在未供電時，總線和邏輯引腳處于高阻態，無負載，并且在總線和RXD輸出上能夠實現上電/斷電無干擾運行。這就好比一個安靜的“旁觀者”，在不工作時不會對其他設備產生任何影響，保證了整個網絡的穩定性。

1.7 多重保護特性

• ESD保護：HBM ESD保護高達±16kV，IEC ESD保護高達±15kV，能夠有效抵御靜電放電的沖擊，保護器件免受損壞。就像給器件穿上了一層堅固的“防彈衣”，增強了其在復雜電磁環境下的生存能力。
• 總線故障保護：非“H”型號的總線故障保護為±58V，“H”型號則達到±70V，能夠在總線出現異常電壓時及時保護器件，確保系統的正常運行。
• 欠壓保護：$V_{CC}$和VIO（僅限V型號）電源終端具有欠壓保護功能，當電源電壓低于設定值時，能夠自動進入保護狀態，防止器件因電壓不足而損壞。
• 驅動器顯性超時（TXD DTO）：數據速率低至10kbps時也能正常工作，能夠防止因TXD長時間保持顯性狀態而導致的網絡阻塞問題，確保網絡的暢通。
• 熱關斷保護（TSD）：當器件的結溫超過設定閾值時，會自動關閉CAN驅動電路，防止器件因過熱而損壞，提高了器件的可靠性和穩定性。

1.8 寬溫度范圍與多樣封裝

結溫范圍為–55°C至150°C，能夠適應各種惡劣的工作環境。同時，采用SOIC (8) 封裝和無引線VSON (8) 封裝（3.0mm x 3.0mm），具有改進的自動光學檢查（AOI）功能，方便工程師進行生產和調試。

2. 應用領域：廣泛覆蓋，各顯神通

2.1 高負載CAN網絡

所有器件均支持高負載CAN網絡，在重型機械ISOBUS應用ISO 11783中，能夠穩定、可靠地傳輸數據，確保機械設備的正常運行。就像一個強大的“數據橋梁”，連接著各個設備，讓整個系統協同工作。

2.2 工業自動化

在工業自動化、控制、傳感器和驅動系統中，TCAN1051系列能夠快速、準確地傳輸各種控制信號和傳感器數據，實現對工業生產過程的精確控制和監測。它就像工業生產線上的“智能管家”，確保每一個環節都能高效運行。

2.3 樓宇自動化

在樓宇、安全和溫度控制自動化領域，能夠實時傳輸各種環境數據和控制指令，實現對樓宇設備的智能化管理。例如，通過與溫度傳感器和空調系統的連接，能夠根據室內溫度自動調節空調的運行狀態，提高能源利用效率。

2.4 電信基站

在電信基站狀態和控制方面，能夠及時、準確地傳輸基站的運行狀態數據和控制指令，確保基站的穩定運行。就像一個忠誠的“守護者”，時刻守護著電信網絡的正常運轉。

2.5 多種CAN總線標準

支持諸如CANopen、DeviceNet、NMEA2000、ARNIC825、ISO11783、CANaerospace等多種CAN總線標準，具有很強的通用性和兼容性，能夠滿足不同行業的需求。

3. 器件說明：精準設計，滿足需求

3.1 標準與速率

該CAN收發器系列符合ISO1189 - 2 (2016) 高速CAN物理層標準，所有器件都設計用于數據速率高達2Mbps的CAN FD網絡。帶有“G”后綴的器件旨在實現高達5Mbps的數據速率，能夠滿足不同應用場景對數據傳輸速率的要求。

3.2 電平轉換與靜音模式

帶有“V”后綴的器件配有提供I/O電平的輔助電源輸入，用于設置輸入引腳閾值和RXD輸出電平，方便與不同電壓標準的設備進行連接。同時，該系列器件具有靜音模式，通常也稱作僅偵聽模式，在某些不需要發送數據的場景下，能夠減少對網絡的干擾。

3.3 保護特性

所有器件都提供多種保護特性，如前面提到的ESD保護、總線故障保護、欠壓保護、驅動器顯性超時和熱關斷保護等，大大提高了器件和網絡的耐用性，降低了系統故障的風險。

4. 引腳配置與功能：清晰明確，便于使用

4.1 引腳功能

4.2 注意事項

對于DRB（VSON）封裝選項，熱焊盤可連接到GND以優化封裝的熱特性。引腳5的功能取決于器件，在不含V后綴的器件上為無連接（NC）引腳，在包含V后綴的器件上為用于I/O電平轉換的$VIO$引腳。RXD邏輯輸出在不含“V”后綴的器件上驅動為$VCC$，而在包含“V”后綴的器件上驅動為$V_{10}$。

5. 規格參數：精確數據，可靠保障

5.1 絕對最大額定值

5.2 ESD 評級

5.3 推薦工作條件

5.4 熱信息

5.5 功率額定值

6. 詳細描述：深入剖析，全面了解

6.1 概述

這些CAN收發器滿足ISO11898 - 2 (2016) 高速CAN物理層標準，專為CAN FD網絡設計，能夠實現超過1 Mbps的數據速率，并在長距離和高負載網絡中提供增強的時序裕量和更高的數據速率。同時，提供多種保護特性，增強了器件和CAN網絡的魯棒性。

6.2 功能框圖

功能框圖展示了器件的內部結構和信號傳輸路徑，幫助工程師更好地理解器件的工作原理和設計思路。

6.3 特性描述

6.3.1 TXD 顯性超時（DTO）

在正常模式下，TXD DTO電路能夠防止因硬件或軟件故障導致TXD長時間保持顯性狀態而阻塞網絡通信。當TXD的下降沿觸發DTO電路定時器，如果在超時時間$t_{TXD_DTO}$內沒有檢測到上升沿，DTO電路將禁用CAN總線驅動器，釋放總線供網絡中其他節點進行通信。當TXD終端檢測到隱性信號時，CAN驅動器將重新激活。

6.3.2 熱關斷（TSD）

如果器件的結溫超過熱關斷閾值$T{TSD}$，器件將關閉CAN驅動電路，阻斷TXD到總線的傳輸路徑。在熱關斷期間，CAN總線終端偏置到隱性電平，接收器到RXD的路徑仍然正常工作。當結溫下降到熱關斷溫度$T{TSD}$以下至少熱關斷滯回溫度$T_{TSD_HYS}$時，關斷條件將被清除。

6.3.3 欠壓鎖定

電源終端具有欠壓檢測功能，當$V{CC}$或$V{IO}$電源終端出現欠壓事件時，器件將進入保護模式，保護總線不受影響。

6.3.4 未供電設備

當器件未供電時，對CAN總線呈現“理想無源”或“無負載”狀態，總線終端（CANH，CANL）和邏輯終端的泄漏電流極低，避免對總線和其他電路造成負載影響。

6.3.5 浮動終端

關鍵終端具有內部上拉電阻，當終端浮動時，能夠將器件置于已知狀態。例如，TXD終端上拉到$V{CC}$或$V{IO}$，當終端浮動時強制輸入電平為隱性；S終端下拉，當終端浮動時強制器件進入正常模式。

6.3.6 CAN總線短路電流限制

器件具有兩種保護特性來限制CAN總線短路故障時的短路電流：驅動器電流限制（顯性和隱性狀態）和TXD顯性狀態超時。在CAN通信中，總線在顯性和隱性狀態之間切換，短路電流可以看作是每個總線狀態下的瞬時電流或兩種狀態的平均電流。為了考慮系統電流（電源）和終端電阻及共模扼流圈的功率額定值，應使用平均短路電流。

6.3.7 數字輸入和輸出

• 5 - V $V_{CC}$ 僅器件（無“V”后綴）：由單一5 - V電源供電，數字輸入具有TTL輸入閾值，與5V和3.3V兼容。RXD輸出在邏輯高電平時驅動到$V{CC}$ ，TXD引腳內部上拉到$V{CC}$，S引腳下拉到GND。
• 5 V $V{CC}$ 帶$V{10}$ I/O電平轉換（有“V”后綴）：使用5V $V{CC}$電源為CAN驅動器和高速接收器模塊供電，同時具有第二個電源$V{IO}$用于I/O電平轉換。該電源用于設置TXD和S引腳的CMOS輸入閾值以及RXD高電平輸出