TCAN1476-Q1：汽车级双CAN FD收发器的卓越之选

在汽车电子领域，CAN FD（Controller Area Network with Flexible Data Rate）技术凭借其高速数据传输和灵活的带宽配置，正逐渐成为主流。而今天要介绍的TCAN1476-Q1，就是一款专为汽车应用打造的高性能双CAN FD收发器，它集成了信号改善功能（SIC）、待机模式和故障保护功能，为汽车电子系统的稳定运行提供了有力保障。

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1. 特性亮点

1.1 标准合规与功能安全

TCAN1476-Q1符合面向汽车应用的AEC Q100标准，属于功能安全型器件。这意味着它不仅能满足汽车行业对可靠性和稳定性的严格要求，还能提供用于功能安全系统设计的文档，为工程师在设计功能安全系统时提供了便利。

1.2 高速CAN FD支持

该器件支持高达8Mbps的CAN FD，同时具备信号改善功能（SIC）。通过减少复杂拓扑中的振铃，它能积极改善总线信号，并且向后兼容传统CAN网络。这使得它在不同类型的CAN网络中都能发挥出色的性能，无论是传统CAN系统的升级，还是全新CAN FD网络的构建，都能轻松应对。

1.3 灵活的电平转换

$V_{IO}$ 电平转换支持1.7V至5.5V，这一特性使得TCAN1476-Q1能够与多种不同电压的控制器直接连接，无需额外的电平转换电路，大大简化了设计过程，提高了系统的集成度。

1.4 丰富的工作模式

具备正常模式和支持远程唤醒请求功能的低功耗待机模式。在待机模式下，器件的功耗大幅降低，有助于节省能源。同时，远程唤醒请求功能允许器件在接收到特定的唤醒信号后，迅速从待机模式恢复到正常工作状态，提高了系统的响应速度。

1.5 无源行为与热插拔支持

未供电时，总线和逻辑终端处于高阻态，对运行总线或应用无负载。此外，它还支持热插拔，在总线和RXD输出上可实现上电/断电无干扰运行，这一特性在实际应用中非常实用，方便了系统的安装和维护。

1.6 全面的保护特性

总线引脚上提供IEC ESD保护，具备±58V CAN总线容错能力，$V{CC}$ 和 $V{IO}$（仅限V型号）电源终端具有欠压保护，还有TXD显性状态超时（TXD DTO）和热关断保护（TSD）等功能。这些保护特性有效地提高了器件的可靠性和稳定性，能够应对各种复杂的工作环境和异常情况。

1.7 优秀的封装设计

采用无引线VSON (14) 封装，具有可湿性侧面，提高了自动光学检测（AOI）能力。这种封装设计不仅有利于提高生产效率，还能保证产品的质量和一致性。

2. 应用领域

TCAN1476-Q1的应用范围非常广泛，涵盖了汽车电子的多个领域，包括汽车网关、高级驾驶辅助系统（ADAS）、车身电子装置和照明、混合动力、电动和动力总成系统以及汽车信息娱乐系统与仪表组等。在这些应用中，它能够为数据的可靠传输提供保障，确保各个系统的正常运行。

3. 详细剖析

3.1 信号改善功能

信号改善是CAN FD收发器中一项重要的额外功能，它通过减少信号振铃来提高复杂星型拓扑中可实现的最大数据速率。在CAN网络中，由于节点充当桩线导致各点的阻抗不匹配，进而引起反射，从而产生信号振铃。TCAN1476-Q1通过基于TX的信号改善功能（SIC），继续驱动总线呈现隐性，直至$t_{SIC_TX_base}$，以减少反射，使采样点处的隐性位更加干净。在主动隐性阶段，发送器输出阻抗较低（约为100Ω），结束后进入被动隐性阶段，驱动器输出阻抗变为高阻态。这一功能使得在复杂的网络拓扑中，也能实现更高的数据速率和更稳定的信号传输。

3.2 引脚功能

TCAN1476-Q1的引脚功能设计合理，各个引脚都有明确的用途。例如，TXD1和TXD2是从CAN控制器到收发器的逻辑电平信号，对于TCAN1476-Q1，输入以$V{CC}$为基准，对于TCAN1476V-Q1，则以$V{IO}$为基准；GND1和GND2是收发器的接地引脚，必须连接到PCB接地端；$V{CC}$为CAN收发器提供5V标称电源输入；RXD1和RXD2是逻辑电平信号，以$V{IO}$为基准，从收发器到CAN控制器；$V_{IO}$（仅限TCAN1476V-Q1）引脚提供数字I/O电压以匹配CAN控制器电压，取消了电平转换器；CANH1、CANL1、CANH2和CANL2是两个集成的CAN通道的差分总线引脚；STB1和STB2引脚是用于控制收发器模式的输入引脚。

3.3 工作模式

主要有正常模式和待机模式两种。在正常模式下，CAN驱动器和接收器均能完全正常运行，CAN通信双向进行；在待机模式下，CAN驱动器和主接收器处于关闭状态，CAN通信不能双向进行，但会启用低功耗接收器和总线监视电路，以允许通过CAN总线发出RXD唤醒请求。这种灵活的工作模式设计，既满足了系统在不同工作状态下的需求，又能有效地降低功耗。

3.4 保护机制

TXD显性超时（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$t_{TXDDTO}$，CAN驱动器将被禁用，释放总线供其他节点通信，在TXD引脚上出现隐性信号时重新激活。此外，器件还具备CAN总线短路电流限制和热关断（TSD）等保护功能。在CAN总线短路时，通过驱动器电流限制和TXD显性状态超时等措施，限制短路电流；当结温超出热关断阈值$T{TSD}$时，关断CAN驱动器电路，当结温降至$T_{TSD}$以下时，关断条件清除。这些保护机制有效地提高了器件的可靠性和稳定性，延长了器件的使用寿命。

4. 设计建议

4.1 CAN终端

总线末端可以采用单个120Ω电阻进行端接，也可以采用分裂端接方式，以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，为总线提供共模滤波。

4.2 总线负载与节点数

典型CAN应用的最大总线长度可能为40米，最大桩线长度可能为0.3米，但如果设计得当，可以获得更长的总线电缆长度、桩线长度和更多的节点。由于TCAN1476-Q1具有高输入阻抗和SIC功能，在给定的网络规模中，得益于信号振铃减弱，可以实现更高的数据速率。不过，在设计CAN网络时，需要考虑总线负载、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。

4.3 电源设计

TCAN1476-Q1系列设计为在4.5V至5.5V的$V{CC}$主输入电源电压范围内运行，TCAN1476V-Q1的$V{IO}$设计电压范围为1.8V至5.5V。这两个电源输入必须经过良好调节，除旁路电容器外，应将一个通常为100nF的去耦电容放置在CAN收发器的主$V{CC}$和$V{IO}$电源引脚附近。

4.4 布局设计

稳健可靠的CAN节点设计需要特殊的布局技术，应将保护和滤波电路放置于尽可能靠近总线连接器的位置，以防止瞬变、ESD和噪声传播到电路板。去耦电容应尽可能靠近收发器的电源引脚$V{CC}$和$V{IO}$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最大限度减少布线电感和过孔电感。高频电流会选择阻抗最小的路径，而非电阻最小的路径，在布局时需要特别注意。

5. 总结

TCAN1476-Q1作为一款高性能的汽车级双CAN FD收发器，凭借其丰富的特性、广泛的应用领域和完善的保护机制，为汽车电子系统的设计提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，工程师可以根据具体的需求，合理选择器件的工作模式和配置参数，同时遵循设计建议，进行科学的布局和电源设计，以充分发挥TCAN1476-Q1的优势，提高系统的性能和可靠性。你在使用类似的CAN收发器时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。