探索TCAN1051：具備CAN FD與故障保護功能的CAN 收發(fā)器

在電子工程領(lǐng)域，CAN（Controller Area Network）收發(fā)器是構(gòu)建可靠通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組件。它們就像繁忙城市中的交通指揮中心，確保數(shù)據(jù)在各個節(jié)點之間準(zhǔn)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(fā)器。這一系列產(chǎn)品以其出色的性能和豐富的功能，為眾多應(yīng)用場景提供了強大的支持。

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1. 產(chǎn)品特性：卓越性能，保駕護航

1.1 標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性

TCAN1051系列嚴(yán)格遵循ISO 11898 - 2:2016和ISO 11898 - 5:2007物理層標(biāo)準(zhǔn)，這就好比為產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)的CAN網(wǎng)絡(luò)中，為不同系統(tǒng)之間的通信提供了可靠的保障。

1.2 功能安全設(shè)計

提供功能安全型文檔，這在工業(yè)控制、汽車電子等對安全要求極高的領(lǐng)域尤為重要。它就像一個專業(yè)的安全顧問，能夠幫助工程師們進行功能安全系統(tǒng)設(shè)計，讓整個系統(tǒng)在運行過程中更加穩(wěn)定、可靠，減少潛在的風(fēng)險。

1.3 高速數(shù)據(jù)傳輸

所有器件都支持經(jīng)典CAN和高達(dá)2Mbps的CAN FD（靈活數(shù)據(jù)速率），而帶有“G”后綴的器件更是能實現(xiàn)高達(dá)5Mbps的數(shù)據(jù)速率。這使得它在高速數(shù)據(jù)傳輸方面表現(xiàn)出色，能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)自動化、汽車電子等領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)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(shù)據(jù)送達(dá)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(huán)次數(shù)，這大大增加了時序裕量。在有負(fù)載的CAN網(wǎng)絡(luò)中，能夠?qū)崿F(xiàn)更快的數(shù)據(jù)速率，確保數(shù)據(jù)能夠及時、準(zhǔn)確地傳輸，避免了數(shù)據(jù)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(yīng)性，能夠與不同電壓標(biāo)準(zhǔn)的微控制器輕松配合，為各種應(yīng)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(tài)，無負(fù)載，并且在總線和RXD輸出上能夠?qū)崿F(xiàn)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(shè)備產(chǎn)生任何影響，保證了整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

1.7 多重保護特性

• ESD保護：HBM ESD保護高達(dá)±16kV，IEC ESD保護高達(dá)±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(fù)雜電磁環(huán)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(dá)到±70V，能夠在總線出現(xiàn)異常電壓時及時保護器件，確保系統(tǒng)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(dāng)電源電壓低于設(shè)定值時，能夠自動進入保護狀態(tài)，防止器件因電壓不足而損壞。
• 驅(qū)動器顯性超時（TXD DTO）：數(shù)據(jù)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(tài)而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)阻塞問題，確保網(wǎng)絡(luò)的暢通。
• 熱關(guān)斷保護（TSD）：當(dāng)器件的結(jié)溫超過設(shè)定閾值時，會自動關(guān)閉CAN驅(qū)動電路，防止器件因過熱而損壞，提高了器件的可靠性和穩(wěn)定性。

1.8 寬溫度范圍與多樣封裝

結(jié)溫范圍為–55°C至150°C，能夠適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)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(xué)檢查（AOI）功能，方便工程師進行生產(chǎn)和調(diào)試。

2. 應(yīng)用領(lǐng)域：廣泛覆蓋，各顯神通

2.1 高負(fù)載CAN網(wǎng)絡(luò)

所有器件均支持高負(fù)載CAN網(wǎng)絡(luò)，在重型機械ISOBUS應(yīng)用ISO 11783中，能夠穩(wěn)定、可靠地傳輸數(shù)據(jù)，確保機械設(shè)備的正常運行。就像一個強大的“數(shù)據(jù)橋梁”，連接著各個設(shè)備，讓整個系統(tǒng)協(xié)同工作。

2.2 工業(yè)自動化

在工業(yè)自動化、控制、傳感器和驅(qū)動系統(tǒng)中，TCAN1051系列能夠快速、準(zhǔn)確地傳輸各種控制信號和傳感器數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的精確控制和監(jiān)測。它就像工業(yè)生產(chǎn)線上的“智能管家”，確保每一個環(huán)節(jié)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(lǐng)域，能夠?qū)崟r傳輸各種環(huán)境數(shù)據(jù)和控制指令，實現(xiàn)對樓宇設(shè)備的智能化管理。例如，通過與溫度傳感器和空調(diào)系統(tǒng)的連接，能夠根據(jù)室內(nèi)溫度自動調(diào)節(jié)空調(diào)的運行狀態(tài)，提高能源利用效率。

2.4 電信基站

在電信基站狀態(tài)和控制方面，能夠及時、準(zhǔn)確地傳輸基站的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和控制指令，確保基站的穩(wěn)定運行。就像一個忠誠的“守護者”，時刻守護著電信網(wǎng)絡(luò)的正常運轉(zhuǎn)。

2.5 多種CAN總線標(biāo)準(zhǔn)

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

3. 器件說明：精準(zhǔn)設(shè)計，滿足需求

3.1 標(biāo)準(zhǔn)與速率

該CAN收發(fā)器系列符合ISO1189 - 2 (2016) 高速CAN物理層標(biāo)準(zhǔn)，所有器件都設(shè)計用于數(shù)據(jù)速率高達(dá)2Mbps的CAN FD網(wǎng)絡(luò)。帶有“G”后綴的器件旨在實現(xiàn)高達(dá)5Mbps的數(shù)據(jù)速率，能夠滿足不同應(yīng)用場景對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求。

3.2 電平轉(zhuǎn)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(shè)置輸入引腳閾值和RXD輸出電平，方便與不同電壓標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)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(fā)送數(shù)據(jù)的場景下，能夠減少對網(wǎng)絡(luò)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(qū)動器顯性超時和熱關(guān)斷保護等，大大提高了器件和網(wǎng)絡(luò)的耐用性，降低了系統(tǒng)故障的風(fēng)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(yōu)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(zhuǎn)換的$VIO$引腳。RXD邏輯輸出在不含“V”后綴的器件上驅(qū)動為$VCC$，而在包含“V”后綴的器件上驅(qū)動為$V_{10}$。

5. 規(guī)格參數(shù)：精確數(shù)據(jù)，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(xì)描述：深入剖析，全面了解

6.1 概述

這些CAN收發(fā)器滿足ISO11898 - 2 (2016) 高速CAN物理層標(biāo)準(zhǔn)，專為CAN FD網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)超過1 Mbps的數(shù)據(jù)速率，并在長距離和高負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中提供增強的時序裕量和更高的數(shù)據(jù)速率。同時，提供多種保護特性，增強了器件和CAN網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。

6.2 功能框圖

功能框圖展示了器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shè)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(dǎo)致TXD長時間保持顯性狀態(tài)而阻塞網(wǎng)絡(luò)通信。當(dāng)TXD的下降沿觸發(fā)DTO電路定時器，如果在超時時間$t_{TXD_DTO}$內(nèi)沒有檢測到上升沿，DTO電路將禁用CAN總線驅(qū)動器，釋放總線供網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點進行通信。當(dāng)TXD終端檢測到隱性信號時，CAN驅(qū)動器將重新激活。

6.3.2 熱關(guān)斷（TSD）

如果器件的結(jié)溫超過熱關(guān)斷閾值$T{TSD}$，器件將關(guān)閉CAN驅(qū)動電路，阻斷TXD到總線的傳輸路徑。在熱關(guān)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(dāng)結(jié)溫下降到熱關(guān)斷溫度$T{TSD}$以下至少熱關(guān)斷滯回溫度$T_{TSD_HYS}$時，關(guān)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(dāng)$V{CC}$或$V{IO}$電源終端出現(xiàn)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(shè)備

當(dāng)器件未供電時，對CAN總線呈現(xiàn)“理想無源”或“無負(fù)載”狀態(tài)，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(fù)載影響。

6.3.5 浮動終端

關(guān)鍵終端具有內(nèi)部上拉電阻，當(dāng)終端浮動時，能夠?qū)⑵骷糜谝阎獱顟B(tài)。例如，TXD終端上拉到$V{CC}$或$V{IO}$，當(dāng)終端浮動時強制輸入電平為隱性；S終端下拉，當(dāng)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(qū)動器電流限制（顯性和隱性狀態(tài)）和TXD顯性狀態(tài)超時。在CAN通信中，總線在顯性和隱性狀態(tài)之間切換，短路電流可以看作是每個總線狀態(tài)下的瞬時電流或兩種狀態(tài)的平均電流。為了考慮系統(tǒng)電流（電源）和終端電阻及共模扼流圈的功率額定值，應(yīng)使用平均短路電流。

6.3.7 數(shù)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(shù)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(qū)動到$V{CC}$ ，TXD引腳內(nèi)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(zhuǎn)換（有“V”后綴）：使用5V $V{CC}$電源為CAN驅(qū)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(zhuǎn)換。該電源用于設(shè)置TXD和S引腳的CMOS輸入閾值以及RXD高電平輸出