汽车级 CAN FD 收发器 TCAN857-Q1：特性、应用与设计要点

在汽车电子领域，CAN（Controller Area Network）总线作为一种可靠的通信协议，广泛应用于各种汽车系统中。而 CAN 收发器则是实现 CAN 总线通信的关键组件。今天，我们要深入探讨的是德州仪器（TI）推出的 TCAN857-Q1 汽车级 CAN FD 收发器，它具有诸多出色的特性和广泛的应用场景，为汽车电子设计带来了更多的可能性。

文件下载：tcan857-q1.pdf

一、特性亮点

1. 高可靠性与兼容性

• 符合汽车标准：TCAN857-Q1 符合面向汽车应用的 AEC-Q100 标准，这意味着它经过了严格的汽车级认证，能够在恶劣的汽车环境中稳定工作。其人体放电模型（HBM）ESD 保护在 CANH 和 CANL 引脚具有 ±12KV 的电压，充电器件模型（CDM）ESD 保护电压为 ±500V，IEC 61000-4-2 接触放电可达 ±8KV（未供电），为器件提供了强大的静电防护能力。
• 符合物理层标准：该收发器符合 ISO 11898-2:2024 物理层标准，支持传统 CAN 和经优化的 CAN FD 性能，数据速率可达 2Mbps 和 5Mbps，能够满足不同汽车系统对通信速率的需求。

2. 功能安全设计

• 功能安全文档支持：可提供用于功能安全系统设计的文档，这对于需要满足功能安全要求的汽车应用至关重要。
• 保护特性丰富：具备多种保护特性，如总线故障保护（±40V）、欠压保护、TXD 显性超时（DTO）和热关断保护（TSD）等，能够有效防止器件在异常情况下损坏，保障系统的可靠性。

3. 工作模式灵活

• 正常和静音模式：支持正常和静音两种工作模式。在正常模式下，CAN 驱动器和接收器均能完全正常运行，实现双向通信；在静音模式下，CAN 驱动器被禁用，高速 CAN 接收器被启用，可降低功耗，适用于某些特定的应用场景。

4. 性能优化

• 短传播延迟：具有较短的对称传播延迟时间，可增加时序裕量，提高通信的稳定性。
• 宽电压范围：TCAN857V-Q1 I/O 电压范围支持 2.9V 至 5.25V，支持 12V 电池应用，接收器共模输入电压为 ±12V，能够适应不同的电源和信号环境。

5. 封装优势

采用小型 8 引脚 SOIC、SOT-23 和无引线 VSON-8 封装，提高了自动光学检测（AOI）能力，方便生产制造。

二、应用场景

TCAN857-Q1 适用于多种汽车和运输领域的应用，包括但不限于：

• 车身控制模块：用于控制汽车的各种车身功能，如门锁、车窗、车灯等。
• 汽车网关：实现不同 CAN 网络之间的数据交换和通信。
• 高级驾驶辅助系统（ADAS）：为 ADAS 系统提供可靠的通信支持，确保传感器和控制器之间的数据传输。
• 信息娱乐系统：用于车内信息娱乐设备之间的通信，如导航系统、音响系统等。

三、详细设计要点

1. 引脚配置与功能

TCAN857-Q1 共有 8 个引脚，各引脚功能如下：	引脚名称	编号	类型	说明
TXD	1	数字输入	CAN 发送数据输入，集成上拉电阻
GND	2	GND	接地连接
VCC	3	电源	5V 电源电压
RXD	4	数字输出	CAN 接收数据输出，断电时三态
VIO	5	电源	I/O 电源电压
CANL	6	总线 IO	低电平 CAN 总线输入/输出线路
CANH	7	总线 IO	高电平 CAN 总线输入/输出线路
S	8	数字输入	静音模式控制输入，集成上拉电阻

2. 规格参数

绝对最大额定值

在设计时，需要注意器件的绝对最大额定值，超出这些值运行可能会对器件造成损坏。例如，Vcc 电源电压范围为 -0.3V 至 6V，VBus（CAN 总线 VO 电压）范围为 -40V 至 40V 等。

ESD 等级

该器件的 ESD 等级符合相关标准，如人体放电模型（HBM）所有引脚的分类等级为 3A（±2000V），全局引脚 CANH 和 CANL 的 HBM 分类等级为 3B（+12000V），充电器件模型（CDM）为 ±500V，为器件提供了良好的静电防护。

建议运行条件

为了确保器件的正常运行，应在建议运行条件下使用。例如，Vcc 电源电压建议范围为 4.75V 至 5.25V，VIO 电源电压建议范围为 2.9V 至 5.25V 等。

3. 特性说明

TXD 显性超时（DTO）

在正常模式下，TXD DTO 电路可防止本地节点在硬件或软件失效时妨碍网络通信。当 TXD 保持显性状态的时间超过了超时时间 tTXD_DTO 时，CAN 驱动器将被禁用，释放总线供其他节点通信，直到 TXD 引脚上出现隐性信号时重新激活。

CAN 总线短路电流限制

该器件具有多种保护特性来限制 CAN 总线短路时的短路电流，包括显性和隐性状态下的 CAN 驱动器电流限制以及 TXD 显性状态超时。在设计电源时，需要考虑平均短路电流和可能的网络故障情况。

热关断（TSD）

如果器件的结温超出热关断阈值 TTSD，CAN 驱动器电路将被关断，当结温降至 TTSD 以下时，关断条件会被清除。在设计散热方案时，需要考虑器件的热特性，确保其在正常工作温度范围内。

欠压锁定

电源引脚 VCC 和 VIO 具有欠压检测功能，可将器件置于受保护状态，防止在欠压事件时对总线造成影响。一旦欠压条件被清除且 tMODE 到期，器件就会转换到正常模式。

4. 应用设计

CAN 端接

总线末端可以采用单个 120Ω 电阻进行端接，也可以采用分裂终端来改善网络的电磁发射行为。分裂端接通过滤除差分信号线路上可能存在的高频共模噪声，提高通信的稳定性。

总线负载能力、长度和节点数

在设计 CAN 网络时，需要考虑总线负载能力、长度和节点数的影响。TCAN857-Q1 系列理论上在单个总线段上支持超过 100 个收发器，但实际应用中需要考虑系统和电缆中的信号损失、寄生负载、时序、网络失衡、接地偏移和信号完整性等问题，留有一定的裕度。

电源相关建议

TCAN857-Q1 收发器设计为在 4.75V 至 5.25V 的 VCC 主输入电源电压范围内运行，VIO 设计电压范围为 3V 至 5.25V。这两个电源输入必须经过良好调节，并在相应的电源引脚附近放置去耦电容，以减少电源噪声的影响。

布局要点

稳健可靠的 CAN 节点设计需要特殊的布局技术。将保护和滤波电路放置于尽可能靠近总线连接器的位置，防止瞬变、ESD 和噪声传播到电路板。去耦电容要尽可能靠近收发器的电源引脚放置，当旁路电容和保护器件连接电源和地时，应至少使用两个过孔以减少布线电感和过孔电感。

四、总结

TCAN857-Q1 汽车级 CAN FD 收发器以其高可靠性、兼容性、丰富的保护特性和灵活的工作模式，为汽车电子设计提供了一个优秀的解决方案。在实际设计过程中，电子工程师需要充分了解其特性和规格参数，合理进行引脚配置、应用设计和布局，以确保系统的稳定性和可靠性。同时，要注意遵循相关的设计标准和建议，避免因设计不当导致的问题。大家在使用 TCAN857-Q1 过程中，有没有遇到过一些特殊的问题或者有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。