具有待机模式和 1.8V IO 支持的 TCAN1044V 故障保护 CAN FD 收发器详解

在电子工程领域，CAN（Controller Area Network）总线收发器是实现设备间可靠通信的关键组件。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）推出的 TCAN1044V 故障保护 CAN FD 收发器，看看它有哪些出色的特性和应用场景。

文件下载：tcan1044v.pdf

1. 特性亮点

1.1 标准兼容性与性能支持

TCAN1044V 符合 ISO 11898 - 2:2016 和 ISO 11898 - 5:2007 物理层标准要求，这意味着它能很好地融入遵循这些标准的网络环境。它不仅支持传统 CAN，还对 CAN FD 性能进行了优化，数据速率可达 2、5 和 8Mbps。较短的对称传播延迟时间和快速循环次数，为系统增加了时序裕量，能在负载 CAN 网络中实现更快的数据传输。这不禁让人思考，在高速数据交互需求不断增长的当下，这样的性能提升能为我们的系统带来多大的效率提升呢？

1.2 广泛的电压支持

其 IO 电压范围支持 1.7V 至 5.5V，可适配 1.8V、2.5V、3.3V 和 5V 应用，无需额外的电平转换电路，大大简化了设计。总环路延迟 ≤210ns，能满足对实时性要求较高的应用场景。小尺寸 SOT - 23 封装（2.9mm x 1.60mm）则节省了 PCB 空间，对于空间受限的设计来说非常友好。

1.3 强大的保护功能

该收发器具备多种保护功能，如总线故障保护（±58V）、欠压保护、总线引脚限流、TXD 显性超时（DTO）、数据速率低至 9.2kbps 以及热关断保护（TSD）。这些保护功能就像给设备穿上了一层坚固的铠甲，能有效抵御各种异常情况，提高系统的可靠性和稳定性。你是否在设计中也遇到过因各种故障导致系统崩溃的情况呢？有了 TCAN1044V 的这些保护，或许能让你少一些烦恼。

1.4 灵活的工作模式

支持正常模式和具有远程唤醒请求功能的低功耗待机模式，在待机模式下可降低功耗，延长设备的续航时间。同时，它优化了未上电时的性能，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，在上电/断电时总线和 RXD 输出无干扰运行。结温范围为 - 40°C 至 150°C，能适应较宽的温度环境。

2. 应用场景

TCAN1044V 的应用场景十分广泛，涵盖了电网基础设施、工业运输（非汽车和非轻型卡车）、工厂自动化与控制以及电器等领域。在这些领域中，对通信的可靠性、稳定性和实时性都有较高要求，而 TCAN1044V 凭借其出色的特性，能够很好地满足这些需求。比如在工厂自动化与控制中，多个设备之间需要进行高速、可靠的数据传输，TCAN1044V 就能发挥其优势，确保生产过程的高效运行。

3. 详细说明

3.1 基本功能

TCAN1044V 是一款符合 ISO 11898 - 2:2016 高速 CAN 规范物理层要求的高速控制器局域网（CAN）收发器，支持传统 CAN 和 CAN FD 网络（数据速率高达 8 兆位/秒（Mbps））。它通过 $V_{IO}$ 端子实现内部逻辑电平转换功能，可将收发器 IO 直接连接到 1.8V、2.5V、3.3V 或 5V 逻辑 IO，方便与不同电平的控制器进行接口。

3.2 引脚配置与功能

Pins Name	No.	Type	Description
TXD	1	Digital Input	CAN transmit data input, integrated pull - up
GND	2	GND	Ground connection
Vcc	3	Supply	5 - V supply voltage
RXD	4	Digital Output	CAN receive data output, tri - state when powered off
Vio	5	Supply	IO supply voltage
CANL	6	Bus IO	Low - level CAN bus input/output line
CANH	7	Bus IO	High - level CAN bus input/output line
STB	8	Digital Input	Standby input for mode control, integrated pull - up

这些引脚各司其职，共同实现了收发器的各种功能。例如，TXD 用于接收 CAN 控制器的发送数据，RXD 则将接收到的数据输出给 CAN 控制器。通过合理配置这些引脚，我们可以实现不同的工作模式和功能。

3.3 电气特性

文档中详细列出了该收发器的各项电气特性，包括绝对最大额定值、ESD 额定值、推荐工作条件、热特性、供电特性、耗散额定值、电气特性以及开关特性等。这些参数对于我们进行电路设计和性能评估非常重要。例如，在选择电源时，需要参考其推荐工作条件中 $V{CC}$ 和 $V{IO}$ 的电压范围；在考虑散热设计时，要关注其热特性参数。

3.4 功能模式

3.4.1 正常模式

在正常模式下，CAN 驱动和接收器完全正常工作，CAN 通信是双向的。驱动将 TXD 输入的数字信号转换为总线上的差分输出，接收器则将总线上的差分信号转换为 RXD 输出的数字信号。这种模式适用于需要实时、稳定通信的场景。

3.4.2 待机模式

待机模式是低功耗模式，此时 CAN 驱动和主接收器关闭，双向 CAN 通信无法进行。不过，低功耗接收器和总线监测电路开启，可通过 CAN 总线实现 RXD 唤醒请求。当接收到有效的唤醒模式（WUP）信号时，可将设备从待机模式唤醒到正常模式。这种模式能有效降低系统功耗，适用于对功耗有严格要求的应用。

3.5 保护机制

3.5.1 TXD 显性超时（DTO）

在正常模式下，TXD DTO 电路可防止在硬件或软件故障时，TXD 长时间保持显性状态而阻塞网络通信。当 TXD 保持显性状态超过设定的超时时间 $t_{TXD_DTO}$ 时，CAN 驱动将被禁用，释放总线供其他节点通信。当 TXD 引脚出现隐性信号时，CAN 驱动重新激活。这种机制确保了网络的正常运行，避免了因单个节点故障而影响整个网络。

3.5.2 CAN 总线短路电流限制

TCAN1044V 具有多种保护功能，可限制 CAN 总线短路时的短路电流。包括在显性和隐性状态下的 CAN 驱动电流限制，以及 TXD 显性状态超时保护。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 $I_{OS(AVG)}$。这要求我们在设计电路时，充分考虑各种故障情况，确保电源能够满足设备在异常情况下的需求。

3.5.3 热关断（TSD）

当 TCAN1044V 的结温超过热关断阈值 $T{TSD}$ 时，设备将关闭 CAN 驱动电路，阻断 TXD 到总线的传输路径。当结温降至 $T{TSD}$ 以下时，关断条件解除。在 TSD 故障期间，CAN 总线引脚偏置到 $V_{CC} / 2$，接收器到 RXD 路径仍可正常工作。这种保护机制能防止设备因过热而损坏，提高了设备的可靠性。

3.5.4 欠压锁定

$V{CC}$ 和 $V{IO}$ 引脚具有欠压检测功能，当出现欠压情况时，设备将进入保护状态，保护总线不受影响。当欠压情况消除且电源恢复到有效水平后，设备将在 $t_{MODE}$ 时间过后过渡到正常模式。在设计电源电路时，我们需要确保电源的稳定性，避免因欠压导致设备进入保护状态而影响系统的正常运行。

4. 应用与实现

4.1 典型应用

TCAN1044V 可用于包含 CAN 协议链路层部分的主机控制器或 FPGA 应用中。文档中给出了 5V 控制器应用和 1.8V、2.5V、3.3V 应用的典型配置示例，同时还展示了总线终端的配置方式。在实际应用中，我们可以根据具体需求选择合适的配置。

4.2 设计要点

4.2.1 CAN 终端

CAN 总线的终端可以是在总线两端各使用一个 120 - Ω 电阻，也可以采用分裂终端（split termination）来过滤和稳定总线的共模电压，改善网络的电磁发射特性。在设计时，我们需要根据实际需求选择合适的终端方式，以确保信号的质量和稳定性。

4.2.2 总线负载、长度和节点数量

典型的 CAN 应用中，总线最大长度为 40 米，最大分支长度为 0.3 米。但通过精心设计，可增加电缆长度、分支长度和节点数量。TCAN1044V 具有高输入阻抗，理论上可支持单个总线段上超过 100 个收发器，但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，因此实际节点数量可能会有所减少。这就要求我们在设计 CAN 网络时，要综合考虑各种因素，进行合理的权衡和优化。

4.3 电源供应建议

TCAN1044V 设计工作在 $V{CC}$ 输入电压范围为 4.5V 至 5.5V，$V{IO}$ 输入电压范围为 1.8V 至 5.5V 的环境中，且两个电源输入都需要良好的稳压。在 CAN 收发器的 $V{CC}$ 和 $V{IO}$ 电源引脚附近应分别放置一个典型值为 100nF 的去耦电容，以减少电源噪声对设备的影响。在设计电源电路时，我们要严格按照这些建议进行配置，确保设备的正常运行。

4.4 布局注意事项

由于瞬态干扰具有高频内容和宽带宽，在 PCB 设计时应采用高频布局技术。保护和滤波电路应靠近总线连接器，以防止瞬态、ESD 和噪声进入电路板。$V{CC}$ 和 GND 平面应提供低电感路径，去耦电容应尽可能靠近收发器的电源引脚，并使用至少两个过孔连接 $V{CC}$ 和地，以减少走线和过孔的电感。合理的布局设计对于提高设备的抗干扰能力和稳定性至关重要，我们在设计 PCB 时要充分重视这些细节。

5. 器件和文档支持

文档中提供了相关链接，包括技术文档、支持和社区资源、工具和软件以及立即订购的快速访问链接。同时，还介绍了如何接收文档更新通知、支持资源、商标信息、静电放电警告和术语表等内容。这些信息为我们在使用和开发过程中提供了便利和支持，我们可以充分利用这些资源来解决遇到的问题和获取更多的技术信息。

6. 机械、封装和可订购信息

文档中列出了 TCAN1044V 的不同可订购型号、状态、材料类型、封装、引脚数量、包装数量、载体、RoHS 合规性、引脚镀层/球材料、MSL 评级/峰值回流温度、工作温度范围和零件标记等信息。此外，还提供了封装材料信息、磁带和卷轴信息、封装外形图、示例电路板布局、示例钢网设计等详细内容。这些信息对于我们进行器件选型和生产制造非常有帮助，我们可以根据实际需求选择合适的型号和封装。

综上所述，TCAN1044V 故障保护 CAN FD 收发器凭借其丰富的特性、广泛的应用场景和完善的保护机制，为电子工程师在设计 CAN 网络时提供了一个可靠的选择。在实际应用中，我们需要充分了解其各项特性和参数，结合具体需求进行合理设计，以实现系统的高效、稳定运行。你在使用类似的 CAN 收发器时，有没有遇到过什么有趣的问题或挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。