TCAN1473-Q1：汽车CAN FD收发器的卓越之选

在汽车电子领域，CAN（Controller Area Network）总线作为一种可靠的通信方式，广泛应用于各种系统中。随着汽车技术的不断发展，对CAN收发器的性能和功能要求也越来越高。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）推出的TCAN1473-Q1汽车CAN FD收发器，看看它有哪些独特之处。

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1. 产品概述

TCAN1473-Q1是一款高速CAN收发器，满足ISO 11898-2:2024 CAN-FD和信号改善能力（SIC）的物理层要求，以及CiA 601-4高速CAN规范。它的数据速率无关性使其既可以向后兼容支持经典CAN应用，又能支持高达8Mbps的CAN FD网络。

这款收发器具有三个独立的电源输入引脚（$V{SUP}$、$V{CC}$和$V{IO}$），通过$V{IO}$引脚，它可以直接与1.8V、2.5V、3.3V或5V的控制器接口，无需额外的电平转换器。此外，它还能通过INH输出引脚选择性地启用系统中的各种电源，从而降低系统级电池电流消耗，实现低电流睡眠状态。

2. 主要特性

2.1 信号改善能力（SIC）

在复杂的星型拓扑结构中，信号振铃是一个常见的问题，它会影响数据传输的速率和可靠性。TCAN1473-Q1集成了SIC功能，通过最小化信号振铃，提高了在复杂拓扑结构中可实现的最大数据速率。

在经典的CAN网络中，由于阻抗不匹配，信号反射会导致振铃现象。而TCAN1473-Q1通过TX-based SIC功能，在从显性到隐性的转换过程中，持续强力驱动总线隐性状态，直到$t_{SIC_END}$，从而减少反射，使隐性位在采样点保持干净。这种技术的应用，让CAN FD网络在复杂环境下也能稳定高效地工作。

2.2 多种工作模式

TCAN1473-Q1具有六种工作模式，包括正常模式、静音模式、待机模式、进入睡眠过渡模式、睡眠模式和保护模式。不同的工作模式可以根据系统的需求进行灵活切换，以实现最佳的性能和功耗平衡。

• 正常模式：CAN驱动器和接收器完全运行，CAN通信双向进行。
• 静音模式：CAN驱动器禁用，但接收器正常工作，只能接收数据。
• 待机模式：驱动器禁用，低功耗总线监视器启用，低信号可唤醒。
• 睡眠模式：最低功耗模式，CAN发射器和主接收器关闭，低功耗唤醒接收器监控总线。

2.3 丰富的保护和诊断功能

为了确保系统的可靠性和稳定性，TCAN1473-Q1集成了多种保护和诊断功能，包括欠压检测、CAN总线故障检测、电池连接检测、热关断（TSD）、驱动器显性超时（TXD DTO）和高达±58V的总线故障保护。

• 欠压保护：对$V{SUP}$、$V{CC}$和$V_{IO}$三个电源引脚进行欠压检测，当检测到欠压事件时，设备进入保护状态，保护CAN总线和系统免受干扰。
• 热关断保护：当结温超过热关断阈值时，关闭CAN驱动器电路，防止设备过热损坏。
• TXD显性状态超时保护：如果TXD引脚长时间保持显性状态，会触发超时保护，避免系统故障。

3. 引脚配置和功能

TCAN1473-Q1采用14引脚封装，包括SOIC和VSON两种类型。每个引脚都有其特定的功能，下面我们来详细介绍一下。	PINS	NO.	TYPE(1)	DESCRIPTION
TXD	1	I	CAN发送数据输入，集成上拉电阻
GND	2	GND	接地连接
Vcc	3	P	5V收发器电源
RXD	4	O	CAN接收数据输出，当$V{IO}{IO}$时为三态
VIo	5	P	I/O电源电压
EN	6	I	模式控制使能输入，集成下拉电阻
INH	7	O	抑制引脚，用于控制外部稳压器和电源，高电压输出
nFAULT	8	O	故障输出，反相逻辑
WAKE	9	I	本地唤醒输入引脚，高电压
Vsup	10	P	来自电池的高电压电源
NC	11	NC	未连接，内部不连接
CANL	12	I/O	低电平CAN总线输入/输出线
CANH	13	I/O	高电平CAN总线输入/输出线
nSTB	14	I	待机模式控制输入，集成下拉电阻
Thermal Pad			连接到PCB接地平面，用于散热

3.1 电源引脚

• $V_{SUP}$引脚：连接到电池电源，为内部稳压器提供电源，支持数字核心和低功耗CAN接收器。
• $V_{CC}$引脚：为CAN收发器提供5V电源。
• $V_{IO}$引脚：提供数字I/O电压，支持1.7V至5.5V的电压范围，可直接与不同电压的控制器接口。

3.2 数字输入和输出引脚

• TXD引脚：逻辑电平输入信号，来自CAN FD控制器，偏置到$V_{IO}$电平。
• RXD引脚：逻辑电平输出信号，发送到CAN FD控制器，当$V{IO}$有效时，驱动到$V{IO}$电平。
• nFAULT引脚：用于向CAN FD控制器传输设备状态指示标志，如故障、唤醒请求等。
• EN引脚和nSTB引脚：用于模式选择，内部下拉以防止系统功耗过高和误唤醒。

3.3 其他引脚

• INH引脚：高电压输出引脚，可用于控制外部稳压器，除睡眠模式外，该功能均开启。
• WAKE引脚：用于本地唤醒功能，双向边沿触发，可识别上升或下降沿的唤醒信号。
• CANH和CANL引脚：CAN总线的差分引脚，内部连接到CAN收发器和低电压唤醒接收器。

4. 电气特性和性能参数

4.1 绝对最大额定值

在使用TCAN1473-Q1时，需要注意其绝对最大额定值，以避免设备损坏。例如，$V{SUP}$电源电压的范围为 -0.3V至45V，$V{CC}$和$V_{IO}$电源电压的范围为 -0.3V至6V，CAN总线I/O电压（CANH、CANL）的范围为 -58V至58V。

4.2 ESD（静电放电）额定值

该收发器具有良好的ESD保护性能，符合AEC Q100-002（人体模型）和AEC Q100-011（带电设备模型）的标准。其中，VSUP、CANH、CANL和WAKE引脚相对于地的人体模型ESD额定值为±8000V，其他引脚为±4000V，所有引脚的带电设备模型ESD额定值为±750V。

4.3 推荐工作条件

根据文档，推荐的工作条件包括$V{SUP}$电源电压为4.5V至40V，$V{IO}$电源电压为1.7V至5.5V，$V_{CC}$电源电压为4.75V至5.25V，工作结温范围为 -40°C至150°C等。在这些条件下，设备能够稳定可靠地工作。

4.4 电源特性

在推荐工作条件下，不同工作模式下的电源电流也有所不同。例如，CAN活动正常模式下的$I_{SUPNORMAL}$为140µA，待机模式下的$I{SUPSTBY}$为40µA，睡眠模式下的$I{SUP_SLEEP}$为18 - 33µA。此外，文档还给出了欠压阈值、电源电流等参数的详细信息。

4.5 电气特性

包括CAN驱动器特性、CAN接收器特性和TXD特性等。例如，CAN驱动器在显性状态下的输出电压、差分输出电压等，CAN接收器在显性和隐性状态下的输入电压范围、迟滞电压等。这些特性对于确保CAN通信的准确性和可靠性至关重要。

5. 应用信息

5.1 典型应用

TCAN1473-Q1适用于多种汽车应用，如车身电子和照明、汽车网关、高级驾驶辅助系统（ADAS）、信息娱乐和集群、混合动力、电动和动力总成系统等。在这些应用中，它可以实现高效、可靠的CAN通信。

5.2 设计要求

在设计CAN网络时，需要考虑总线负载、长度和节点数量等因素。TCAN1473-Q1具有较高的输入阻抗，理论上可以支持超过100个收发器在单个总线段上。但在实际设计中，需要考虑信号损失、寄生负载、时序、网络不平衡、接地偏移和信号完整性等因素，以确保网络的稳定性和可靠性。

5.3 详细设计步骤

• CAN终端：可以使用单个120Ω电阻在总线两端进行终端匹配，也可以使用分裂终端来过滤和稳定总线的共模电压。
• 电源供应：建议使用100nF的去耦电容靠近电源引脚，以减少电源电压纹波。
• 布局：采用特殊的布局技术，如将保护和滤波电路靠近总线连接器，使用共模扼流圈等，以提高CAN节点的抗干扰能力。

6. 总结

TCAN1473-Q1作为一款高性能的汽车CAN FD收发器，具有信号改善能力、多种工作模式、丰富的保护和诊断功能等优点。它的出现，为汽车电子系统的设计提供了更加可靠、高效的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和设计要求，合理选择和使用该收发器，以确保系统的性能和可靠性。

各位工程师朋友们，你们在使用CAN收发器时遇到过哪些问题呢？对于TCAN1473-Q1的应用，你们有什么独特的见解吗？欢迎在评论区留言分享！