汽车级CAN FD收发器TCAN844-Q1：特性、应用与设计要点

在汽车电子系统中，可靠的数据通信至关重要。CAN（Controller Area Network）总线作为一种广泛应用于汽车领域的通信协议，其收发器的性能直接影响着整个系统的稳定性和可靠性。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）推出的汽车级CAN FD收发器TCAN844-Q1。

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一、TCAN844-Q1概述

TCAN844-Q1是一款高速CAN收发器，符合ISO 11898-2:2024高速CAN规范的物理层要求。它不仅具备多种保护功能，以满足严格的汽车系统要求，还支持高达5Mbps的CAN FD数据速率，为汽车电子系统的高效通信提供了有力保障。

（一）产品特性

1. 高可靠性与兼容性
   • 符合汽车标准：该器件符合面向汽车应用的AEC - Q100标准，具备出色的ESD保护能力。其中，人体放电模型（HBM）ESD保护方面，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），确保了在复杂汽车环境中的稳定运行。
   • 符合物理层标准：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，数据速率低至9.2kbps，高可达2Mbps和5Mbps，可适应不同的汽车应用场景。
2. 功能安全设计：该器件是功能安全型产品，可提供用于功能安全系统设计的文档，满足汽车安全相关应用的需求。
3. 宽电压范围与保护特性
   • 宽电压支持：TCAN844V - Q1的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，能适应多种电源环境。
   • 多重保护功能：具备总线故障保护（±40V）、欠压保护、TXD显性超时（DTO）、热关断保护（TSD）等多种保护特性，有效提高了器件的可靠性和稳定性。
4. 低功耗与灵活工作模式：支持正常模式和低功耗待机模式，其中待机模式支持远程唤醒请求功能。在未上电时，总线和逻辑引脚为高阻抗，运行总线或应用上无负载，还支持热插拔，可实现上电/断电无干扰运行，降低了系统功耗。
5. 小型封装设计：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，节省了电路板空间。

（二）产品应用

TCAN844 - Q1适用于多种汽车和运输领域的应用，如车身控制模块、汽车网关、高级驾驶辅助系统（ADAS）、信息娱乐系统等，为这些系统之间的数据通信提供了可靠的解决方案。

（三）典型应用案例

在汽车高级驾驶辅助系统（ADAS）中，需要快速、准确地传输大量的传感器数据，如摄像头、雷达等的数据。TCAN844 - Q1凭借其高速的数据传输能力（支持CAN FD数据速率为2Mbps和5Mbps）以及低功耗待机模式，能够满足ADAS系统对数据实时性和低功耗的要求。同时，其多重保护特性可以确保在复杂的电磁环境中稳定运行，保障了ADAS系统的可靠性。有研究指出，在自动驾驶和智能网联对网络通信高要求的背景下，传统CAN通信在传输速率和数据长度上存在限制，而像TCAN844 - Q1这类支持CAN FD的收发器则能更好地适应新的需求。

（四）详细设计要点

1. CAN端接：总线末端可采用单个120Ω电阻器进行端接，若需要对总线的共模电压进行滤波和稳压，可采用分裂端接。分裂端接能滤除差分信号线路上可能存在的高频共模噪声，改善网络的电磁发射行为。
2. 总线负载能力与节点数：TCAN844(V) - Q1系列可在总线负载低至50Ω时满足1.5V要求，在45Ω总线负载时满足1.4V差分输出要求，器件的差分输入阻抗至少为40kΩ。理论上在单个总线段上支持超过100个收发器，但在实际CAN网络设计中，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，因此实际的最大节点数通常更少。
3. 电源设计：TCAN844 - Q1收发器设计为在4.75V至5.25V的$V{CC}$主输入电源电压范围内运行，TCAN844V - Q1采用IO电平转换电源输入$V{IO}$，设计电压范围为2.9V至5.25V。必须对$V{CC}$和$V{IO}$输入进行良好调节，除了电源滤波之外，还可在CAN收发器主$V{CC}$和$V{IO}$电源引脚附近放置一个去耦电容器，通常为100nF。
4. 布局设计
   • 保护和滤波电路：将保护和滤波电路放置于尽可能靠近总线连接器J1的位置，以防止瞬变、ESD和噪声传播到电路板。可采用可选瞬态电压抑制（TVS）二极管D1和总线滤波电容C4、C5。
   • 去耦电容器：去耦电容器要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更大限度减少布线电感和过孔电感。
   • 分裂终端：可在CAN节点上实现分裂终端，此终端分为R2和R3两个电阻，终端的中心或分接抽头通过电容C3接地，为总线提供共模滤波。

（五）总结

TCAN844 - Q1汽车级CAN FD收发器以其高可靠性、高速数据传输能力、低功耗和多重保护特性，成为汽车和运输领域中CAN通信的理想选择。在实际设计应用中，工程师需要根据具体的系统需求，合理进行CAN端接、电源设计和布局设计，以充分发挥该器件的性能优势，确保系统的稳定运行。大家在使用过程中，有没有遇到过一些特殊的问题或者有更好的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。