汽车级CAN FD收发器TCAN1044-Q1：性能、应用与设计要点详解

在汽车电子和工业控制等领域，CAN（Controller Area Network）总线作为一种可靠的通信协议，广泛应用于各种设备之间的数据传输。而CAN收发器则是实现CAN总线通信的关键组件，它负责将CAN控制器的逻辑信号转换为适合在CAN总线上传输的差分信号，以及将总线上的差分信号转换为逻辑信号供CAN控制器处理。今天，我们就来详细探讨一款高性能的汽车级CAN FD收发器——TCAN1044-Q1。

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1. 特性亮点

1.1 汽车级认证与标准合规

TCAN1044-Q1符合AEC-Q100汽车应用要求，温度等级1为 -40°C至125°C TA，这意味着它能够在汽车复杂的工作环境中稳定可靠地运行。同时，它还符合ISO 11898-2:2016和ISO 11898-5:2007物理层标准中的要求，为汽车电子系统的通信提供了坚实的基础。

1.2 功能安全设计

对于汽车等对安全性要求极高的应用场景，功能安全至关重要。TCAN1044-Q1是功能安全型器件，可提供用于功能安全系统设计的文档，有助于工程师设计出符合安全标准的系统。

1.3 支持传统CAN和CAN FD

该收发器支持传统CAN和经优化的CAN FD性能，数据速率可达2Mbps、5Mbps和8Mbps，能够满足不同应用场景对数据传输速率的需求。同时，它具有较短的对称传播延迟时间，可增加时序裕量，在有负载CAN网络中实现更快的数据速率。

1.4 宽I/O电压范围

TCAN1044-Q1的I/O电压范围支持1.7V至5.5V，支持1.8V、2.5V、3.3V和5V应用，这使得它可以与各种不同电压的微控制器直接连接，无需额外的电平转换电路，简化了设计。

1.5 丰富的保护特性

• 总线故障保护：具备±58V的总线故障保护能力，能够有效防止总线出现过压故障时对收发器造成损坏。
• 欠压保护：当电源电压低于设定阈值时，收发器会进入保护状态，确保系统的稳定性。
• TXD显性超时（DTO）：防止TXD引脚长时间处于显性状态，避免总线被长时间占用，保证通信的正常进行。
• 热关断保护（TSD）：当芯片温度过高时，自动关闭CAN驱动电路，防止芯片因过热而损坏。

1.6 多种工作模式

• 正常模式：CAN驱动和接收器完全工作，实现双向CAN通信。
• 低功耗待机模式：支持远程唤醒请求功能，在待机模式下，只有VIO电源需要供电，可关闭VCC以进一步节省系统电流。

1.7 优化的未上电性能

在未上电时，总线和逻辑引脚为高阻抗，对运行总线或应用无负载，支持热插拔，可实现上电/断电无干扰运行。

2. 应用领域

TCAN1044-Q1适用于多种汽车和运输相关的应用场景，包括：

• 车身控制模块：负责控制汽车的各种车身功能，如车门、车窗、灯光等。
• 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）：如自适应巡航控制、碰撞预警等系统，对数据传输的实时性和可靠性要求较高。
• 信息娱乐系统：提供音频、视频、导航等功能，需要稳定的通信连接。

3. 规格参数

3.1 绝对最大额定值

参数	最小值	最大值	单位
VCC	-0.3	6	V
VIO	-0.3	6	V
VBUS	-58	58	V
VDIFF	-45	45	V
VLogic_Input	-0.3	6	V
VRXD	-0.3	6	V
IO(RXD)	-8	8	mA
TJ	-40	150	°C
TSTG	-65	150	°C

3.2 ESD额定值

• 所有引脚的HBM分类等级3A为±3000V。
• 全局引脚CANH和CANL的HBM分类等级3B为±10000V。
• 系统级静电放电（ESD）：SAE J2962-2标准下，CAN总线引脚的接触放电为±8000V，空气放电为±15000V。

3.3 推荐工作条件

参数	最小值	标称值	最大值	单位
VCC	4.5	5	5.5	V
VIO	1.7	-	5.5	V
IOH(RXD)	-2	-	-	mA
IOL(RXD)	-	-	2	mA
工作环境温度	-40	-	125	°C

3.4 热特性

不同封装形式的TCAN1044-Q1具有不同的热特性参数，如热阻、热表征参数等。以D（SOIC）、DDF（SOT）和DRB（VSON）封装为例，其热阻参数如下：	热参数	D（SOIC）	DDF（SOT）	DRB（VSON）	单位
RΘJA	128.1	119.9	49.9	°C/W
RΘJC(top)	68.3	61.8	58.2	°C/W
RΘJB	71.6	39.7	23.9	°C/W

3.5 供电特性

在不同工作模式和条件下，TCAN1044-Q1的供电电流有所不同。例如，在正常模式下，TXD = 0V，STB = 0V，RL = 60Ω，CL = open时，供电电流Icc的典型值为45mA；在待机模式下，对于有VIO的器件，Icc的典型值为0.2μA。

4. 引脚配置与功能

TCAN1044-Q1采用SOIC（8）、SOT23（8）和无引线VSON（8）封装，不同封装的引脚配置略有差异，但主要引脚功能相同。以下是主要引脚及其功能介绍：

• TXD：CAN发送数据输入引脚，接收来自CAN控制器的逻辑信号。
• GND：接地引脚，为芯片提供参考地。
• VCC：提供5V电源给CAN收发器。
• RXD：CAN接收数据输出引脚，将接收到的总线信号转换为逻辑信号输出给CAN控制器。
• VIO：数字I/O电压引脚，支持1.7V至5.5V的电压范围，用于匹配CAN控制器的电压，避免使用电平转换器。
• CANH和CANL：CAN总线的高、低差分引脚，连接到CAN总线。
• STB：待机输入引脚，用于控制收发器的工作模式。

5. 设计要点

5.1 CAN总线终端电阻

CAN总线的终端电阻对于信号的传输和反射抑制非常重要。通常，在总线的两端各放置一个120Ω的终端电阻。如果需要对总线的共模电压进行滤波和稳定，可以采用分割终端电阻的方式，即使用两个60Ω的电阻和一个电容，这样可以改善网络的电磁辐射特性。

5.2 电源供应

TCAN1044-Q1的主电源VCC输入电压范围为4.5V至5.5V，TCAN1044V-Q1的VIO输入电压范围为1.8V至5.5V。为了保证芯片的稳定工作，两个电源输入都需要进行良好的稳压。在CAN收发器的VCC和VIO电源引脚附近，应分别放置一个100nF的去耦电容，以减少电源噪声的影响。

5.3 PCB布局

在PCB设计中，需要采用高频布局技术，以应对瞬态干扰的高频率特性和宽频带。具体要点如下：

• 将保护和滤波电路靠近总线连接器放置，防止瞬态、ESD和噪声进入电路板。
• 按照信号路径设计总线保护组件，避免瞬态电流偏离信号路径。
• 去耦电容应尽可能靠近电源引脚放置，并且在旁路电容和保护器件的电源和地连接中使用至少两个过孔，以减小走线和过孔的电感。

6. 总结

TCAN1044-Q1作为一款高性能的汽车级CAN FD收发器，具有丰富的特性和优异的性能，能够满足汽车电子和工业控制等领域对CAN总线通信的需求。在设计过程中，工程师需要充分考虑其特性和参数，合理选择终端电阻、电源供应和PCB布局等，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用CAN收发器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。