汽车级CAN FD收发器TCAN1044AEV-Q1：技术解析与应用指南

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，对于实现车辆各系统之间的数据交互至关重要。而CAN收发器则是CAN总线通信的核心部件，它负责将控制器的数字信号转换为适合在CAN总线上传输的差分信号，以及将总线上的差分信号转换回数字信号供控制器处理。今天，我们就来详细解析一款具有1.8V I/O支持功能的0级故障保护CAN FD收发器——TCAN1044AEV-Q1。

文件下载：tcan1044aev-q1.pdf

一、器件概述

TCAN1044AEV-Q1是德州仪器（Texas Instruments）推出的一款高速CAN收发器，完全符合面向汽车应用的AEC-Q100（0级）标准，满足ISO 11898-2:2016高速CAN规范物理层要求。该器件具有出色的电磁兼容性（EMC），支持传统CAN和经优化的CAN FD性能，数据速率低至9.2kbps，最高可达8Mbps，非常适合汽车和运输领域的各种应用。

二、特性亮点

2.1 广泛的标准兼容性

• 符合ISO 11898-2:2016物理层标准要求，同时支持ISO 11898-5:2007、SAE J2284等多种CAN和CAN FD标准，为不同的汽车应用场景提供了强大的兼容性。
• 满足IEC 62228-3、VeLIO、SAE J2962-2等EMC要求，确保在复杂的电磁环境下稳定工作。

2.2 丰富的保护特性

• 具备总线故障保护（±58V）、欠压保护、热关断（TSD）、TXD显性超时（DTO）等多种保护功能，有效提高了系统的可靠性和稳定性。
• 在电源欠压或浮动引脚情况下，定义了明确的失效防护行为，保障系统在异常情况下的安全运行。

2.3 灵活的I/O电压支持

通过$V_{IO}$引脚实现内部逻辑电平转换功能，允许将收发器I/O直接连接到1.8V、2.5V、3.3V或5V逻辑电平，无需额外的电平转换电路，简化了系统设计。

2.4 低功耗待机模式

支持低功耗待机模式，可通过符合ISO 11898-2:2016所定义唤醒模式（WUP）的CAN总线唤醒，在降低系统功耗的同时，确保系统能够及时响应外部事件。

2.5 优化的封装设计

提供8引脚SOIC和小型SOT-23封装，满足不同应用场景对空间的要求。同时，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，实现上电/断电无干扰运行。

三、引脚配置与功能

引脚编号	引脚名称	引脚类型	功能描述
1	TXD	数字输入	CAN发送数据输入，集成上拉电阻
2	GND	接地	接地连接
3	VCC	电源	5V电源电压
4	RXD	数字输出	CAN接收数据输出，器件断电时为三态
5	VIO	电源	I/O电源电压，支持1.7V至5.5V
6	CANL	总线输入/输出	低电平CAN总线输入/输出线
7	CANH	总线输入/输出	高电平CAN总线输入/输出线
8	STB	数字输入	待机输入，用于模式控制，集成上拉电阻

四、电气特性与性能参数

4.1 绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于确保器件的安全使用至关重要。TCAN1044AEV-Q1的绝对最大额定值包括电源电压、I/O电压、CAN总线电压、差分电压等参数，具体如下：	参数	最小值	最大值	单位
VCC（电源电压）	-0.3	6	V
$V_{IO}$（I/O电平转换电源电压）	-0.3	6	V
VBUS（CAN总线电压）	-58	58	V
VDIFF（CANH和CANL之间的最大差分电压）	-45	45	V
VLogic Input（逻辑输入端子电压）	-0.3	6	V
VRXD（RXD输出端子电压范围）	-0.3	6	V
IO(RXD)（RXD输出电流）	-8	8	mA
TJ（结温）	-40	175	°C
TSTG（存储温度）	-65	150	°C

4.2 ESD额定值

静电放电（ESD）是电子器件常见的失效原因之一。TCAN1044AEV-Q1具有良好的ESD防护能力，其HBM（人体模型）和CDM（带电器件模型）等级分别为：

• HBM：所有引脚为±4000V（3A类），CANH和CANL相对于GND为±10000V（3B类）
• CDM：所有引脚为±750V（C5类）

4.3 推荐工作条件

为了确保器件的性能和可靠性，建议在以下工作条件下使用TCAN1044AEV-Q1：	参数	最小值	典型值	最大值	单位
VCC（电源电压）	4.5	5	5.5	V
$V_{IO}$（I/O电平转换电源电压）	1.7		5.5	V
OH(RXD)（RXD端子高电平输出电流）	-1.5			mA
OL(RXD)（RXD端子低电平输出电流）			1.5	mA
TA（工作环境温度）	-40		150	°C

4.4 其他特性参数

除了上述参数外，文档还详细介绍了TCAN1044AEV-Q1的热特性、电源特性、耗散额定值、电气特性和开关特性等参数，这些参数对于深入了解器件的性能和进行系统设计具有重要的参考价值。

五、功能描述与工作模式

5.1 CAN总线状态

CAN总线在运行过程中有两种逻辑状态：隐性（Recessive）和显性（Dominant）。显性状态对应TXD和RXD引脚的逻辑低电平，隐性状态对应逻辑高电平。在仲裁过程中，显性状态会覆盖隐性状态。此外，TCAN1044AEV-Q1还支持低功耗待机（STB）模式，在此模式下，总线引脚通过接收器的高阻值内部电阻弱偏置到地。

5.2 TXD显性超时（DTO）

在正常模式下，当TXD引脚保持显性状态超过$t_{TXD_DTO }$（1.2ms至4.0ms）时，TXD DTO电路会触发，禁用CAN驱动器，以防止本地节点因硬件或软件故障而阻塞网络通信。当TXD引脚出现隐性信号时，CAN驱动器重新激活。

5.3 CAN总线短路电流限制

该器件具有多种保护功能，可限制CAN总线短路时的短路电流。在选择CAN设计的终端电阻或共模扼流圈时，应考虑平均短路电流$I{OS(AVG)}$，其计算公式为： $I{OS(AVG)} = %Transmit times [(%RECBits times I{OS(SS)_REC}) + (%DOMBits times I{OS(SS)_DOM})]$

5.4 热关断（TSD）

当器件的结温超过热关断阈值$T{TSD}$（175°C至210°C）时，器件会关闭CAN驱动器电路，阻止TXD到总线的传输路径。当结温下降到$T{TSD}$以下时，关断条件解除。

5.5 欠压锁定

$V{CC}$和$V{IO}$引脚具有欠压检测功能，当任一电源引脚出现欠压事件时，器件会进入保护状态，以保护总线。具体的器件状态和总线表现如下表所示：

$V_{CC}$	$V_{IO}$	器件状态	总线	RXD引脚
> UVvcc	> UVvio	正常	随TXD变化	反映总线状态
< UVvcc	> UVvio	STB = High：待机模式 STB = Low：保护模式	弱偏置到地 高阻抗	$V_{IO}$：远程唤醒请求 隐性
> UVvcc	< UVvio	保护	高阻抗	高阻抗
< UVvcc	< UVvio	保护	高阻抗	高阻抗

5.6 工作模式

TCAN1044AEV-Q1具有两种主要工作模式：正常模式和待机模式，通过STB引脚的高低电平进行选择。

• 正常模式：CAN驱动器和接收器完全工作，CAN通信双向进行。
• 待机模式：低功耗模式，CAN驱动器和主接收器关闭，双向CAN通信不可用。低功耗接收器和总线监控电路启用，允许通过CAN总线进行RXD唤醒请求。

六、应用信息与设计建议

6.1 典型应用

TCAN1044AEV-Q1可用于与包含CAN协议链路层部分的主机控制器或FPGA配合的应用中，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。

6.2 设计要求

• CAN终端：终端可以是总线两端的单个120Ω电阻，也可以采用分裂终端以过滤和稳定总线的共模电压，提高网络的电磁发射性能。
• 总线负载、长度和节点数量：典型的CAN应用最大总线长度为40米，最大分支长度为0.3米。但通过精心设计，用户可以延长电缆长度和增加节点数量。TCAN1044AEV-Q1具有较高的输入阻抗，理论上支持单个总线段上超过100个收发器，但实际应用中需要考虑信号损失、寄生负载、时序等因素。

6.3 电源供应建议

建议使用电压范围在4.5V至5.5V的$V{CC}$电源和1.8V至5.5V的$V{IO}$电源，并且两个电源输入都要进行良好的稳压和滤波。在CAN收发器的$V{CC}$和$V{IO}$电源引脚附近应放置一个典型值为100nF的去耦电容。

6.4 PCB布局建议

为了确保CAN节点的稳健和可靠设计，在PCB设计中应采用高频布局技术，具体建议如下：

• 将保护和滤波电路靠近总线连接器放置，防止瞬态、ESD和噪声传播到电路板上。
• 设计总线保护组件时应遵循信号路径方向，避免瞬态电流绕过保护器件。
• 去耦电容应尽可能靠近收发器的$V{CC}$和$V{IO}$电源引脚，并使用至少两个过孔进行电源和接地连接，以减少走线和过孔的电感。

七、总结

TCAN1044AEV-Q1作为一款高性能的汽车级CAN FD收发器，凭借其广泛的标准兼容性、丰富的保护特性、灵活的I/O电压支持和低功耗待机模式等优点，为汽车电子系统的设计提供了可靠的解决方案。在实际应用中，工程师们需要根据具体的设计要求，合理选择器件的工作模式、配置电源和进行PCB布局，以充分发挥器件的性能优势，确保系统的稳定运行。

你在使用TCAN1044AEV-Q1或其他CAN收发器的过程中遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。