汽车级 CAN FD 收发器 TCAN340x-Q1：特性、应用与设计要点解析

在汽车电子领域，CAN（Controller Area Network）总线作为一种广泛应用的通信协议，对于实现汽车各部件之间的数据传输和协同工作起着至关重要的作用。TCAN340x-Q1 系列 3.3V 汽车级 CAN FD 收发器凭借其一系列出色的特性，成为众多汽车应用的理想选择。本文将深入剖析 TCAN340x-Q1 的特性、应用场景以及设计要点，为电子工程师们在实际应用中提供全面的参考。

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一、特性概览

1.1 电气特性与兼容性

TCAN3403-Q1 和 TCAN3404-Q1 均满足 ISO 11898 - 2:2016 高速 CAN 规范的物理层要求，工作于 3.3V 单电源，无需 5V 稳压器，有效节省了 BOM 成本和 PCB 空间。它们具有经认证的电磁兼容性（EMC），适用于数据速率高达 5Mbps 的传统 CAN 和 CAN FD 网络，在更简单的网络中甚至可实现高达 8Mbps 的运行速度。

其中，TCAN3403-Q1 通过 VIO 引脚实现内部逻辑电平转换功能，可将收发器 I/O 直接连接到 1.8V、2.5V 或 3.3V 逻辑电平；而 TCAN3404-Q1 具备关断功能，能将所有块断电并使器件进入超低功耗模式。这两款收发器均支持低功耗待机模式，并可通过符合 ISO 11898 - 2:2016 定义唤醒模式（WUP）的 CAN 来唤醒。

1.2 保护特性

在保护方面，TCAN340x-Q1 表现出色。它具有总线故障保护（±58V）、总线引脚上的 ISO 10605 ESD 保护（±8kV）、欠压保护、TXD 显性超时（DTO）保护以及热关断保护（TSD）等功能。这些保护机制确保了器件在恶劣环境下的可靠性和稳定性，有效防止因异常情况导致的器件损坏和通信故障。

1.3 封装与性能优化

该系列收发器提供了业界通用的 SOIC - 8、VSON - 8 和节省空间的小尺寸 SOT - 23 封装，满足不同应用场景的需求。同时，其具有可湿性侧面的小型 8 引脚 SOIC、SOT - 23 和无引线 VSON - 8 封装，可实现自动光学检测（AOI），方便生产制造和质量检测。此外，器件还优化了未上电时的性能，总线和逻辑引脚为高阻抗，支持热插拔，在总线和 RXD 输出上可实现上电和断电无干扰运行。

二、应用场景

TCAN340x-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、汽车网关、高级驾驶辅助系统（ADAS）以及信息娱乐系统等。在这些应用中，CAN 总线需要稳定、高效的数据传输，而 TCAN340x-Q1 的高性能和可靠性正好满足了这些需求。

例如，在车身控制模块中，需要对多个电子设备进行精确控制和数据交互，TCAN340x-Q1 的高速数据传输能力和低功耗特性能够确保系统的实时性和稳定性；在 ADAS 系统中，数据的快速传输和处理对于保障行车安全至关重要，该收发器的出色性能能够为系统提供可靠的通信支持。

三、详细规格解读

3.1 绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于正确使用和保护器件至关重要。例如，Vcc 电源电压的范围为 - 0.3V 至 6V，超出这个范围可能会导致永久性器件损坏。在设计电路时，必须确保电源电压在规定的范围内，以保证器件的正常工作。

3.2 ESD 额定值

ESD（Electrostatic Discharge）是电子设备面临的常见问题，可能会对器件造成损害。TCAN340x-Q1 在 ESD 保护方面表现良好，不同的引脚具有不同的 ESD 分类等级。例如，所有引脚的 HBM 分类等级为 3A（±4000V），全局引脚 CANH 和 CANL 相对于 GND 的 HBM 分类等级为 3B（±10000V）。在实际应用中，还需要根据系统的具体要求，采取适当的 ESD 防护措施，如添加 ESD 保护器件等。

3.3 推荐工作条件

推荐工作条件规定了器件正常工作的最佳参数范围。例如，Vcc 电源电压的推荐范围为 3V 至 3.6V，VIO 电源电压（仅适用于 TCAN3403）的推荐范围为 1.7V 至 3.6V。在设计电源电路时，应确保提供稳定、符合要求的电源电压，以保证器件的性能和可靠性。

3.4 热特性

热特性对于器件的长期稳定运行至关重要。通过了解器件的热阻等参数，如 Junction - to - ambient thermal resistance（ReJA）等，可以合理设计散热方案，确保器件在工作过程中不会因过热而损坏。不同封装的热特性有所差异，在选择封装时，需要根据实际应用场景和散热要求进行综合考虑。

3.5 开关特性

开关特性描述了器件在信号传输过程中的时间参数，如总环路延迟（tPROP(LOOP1)、tPROP(LOOP2)）、模式更改时间（tMODE、tsHDN1、tsHDN2）等。这些参数对于确保数据的准确传输和系统的时序要求至关重要。在设计高速通信系统时，需要仔细考虑开关特性，以避免因信号延迟等问题导致的通信错误。

四、功能模块与工作模式

4.1 功能模块

TCAN340x-Q1 的功能模块主要包括 TXD（CAN 发送数据输入）、GND（接地）、VCC（3.3V 电源）、RXD（CAN 接收数据输出）、VIO（仅 TCAN3403 有，用于提供数字 I/O 电压）、CANH 和 CANL（CAN 高低差分总线引脚）、STB（用于模式控制）以及 SHDN（仅 TCAN3404 有，用于进入超低功耗模式）等。每个引脚都有其特定的功能和作用，在设计电路时，需要正确连接和配置这些引脚，以实现器件的正常工作。

4.2 工作模式

该系列收发器具有正常模式、低功耗待机模式和超低功耗关断模式（仅 TCAN3404）。在正常模式下，CAN 驱动和接收器完全运行，可进行双向 CAN 通信；在待机模式下，CAN 驱动和主接收器关闭，但低功耗接收器和总线监控电路开启，可通过 CAN 总线接收唤醒请求；在关断模式下，所有内部块关闭，功耗最低，但无法进行双向 CAN 通信。合理选择工作模式可以有效降低系统功耗，提高能源利用效率。

五、应用设计要点

5.1 CAN 终端设计

CAN 终端设计对于确保总线信号的质量和稳定性至关重要。可以采用单个 120Ω 电阻在总线两端进行终端匹配，也可以使用分路终端来过滤和稳定总线的共模电压。分路终端可以改善网络的电磁辐射行为，过滤差分信号线上可能存在的高频共模噪声。

5.2 总线负载与节点数量

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。虽然 TCAN340x-Q1 理论上支持在单个总线段上连接超过 50 个收发器，但在实际应用中，需要为系统和电缆上的信号损失、寄生负载、时序、网络不平衡、接地偏移和信号完整性等因素留出一定的设计余量。因此，实际的最大节点数量通常会较低。此外，通过仔细的系统设计和数据速率权衡，也可以延长总线长度。

5.3 电源设计

为了确保 TCAN340x-Q1 的正常工作，需要提供稳定、经过良好调节的电源。TCAN3404-Q1 的主 VCC 输入电压范围为 3V 至 3.6V，TCAN3403-Q1 的 VIO 输入电压范围为 1.8V 至 3.6V。在电源电路中，除了进行电源滤波外，还应在 CAN 收发器的主 VCC 和 VIO 电源引脚附近放置一个去耦电容（通常为 100nF），以减少电源噪声对器件的影响。

5.4 PCB 布局设计

在 PCB 设计中，需要采用高频布局技术，以减少瞬态干扰对器件的影响。例如，将保护和滤波电路靠近总线连接器放置，防止瞬态、ESD 和噪声传播到电路板上；将去耦电容尽可能靠近收发器的电源引脚放置；使用至少两个过孔进行旁路电容和保护器件的电源和接地连接，以最小化走线和过孔的电感等。

六、总结

TCAN340x-Q1 系列汽车级 CAN FD 收发器具有出色的电气特性、保护功能和多种工作模式，适用于多种汽车和运输应用场景。在设计应用电路时，电子工程师需要深入了解器件的特性和规格，合理选择工作模式，精心设计 CAN 终端、电源和 PCB 布局等，以确保系统的可靠性、稳定性和高性能。通过充分发挥 TCAN340x-Q1 的优势，可以为汽车电子系统的设计和开发提供有力的支持。你在实际应用中是否遇到过类似收发器的设计挑战呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。