探索TCAN1051：具备CAN FD与故障保护功能的CAN 收发器

在电子工程领域，CAN（Controller Area Network）收发器是构建可靠通信网络的关键组件。它们就像繁忙城市中的交通指挥中心，确保数据在各个节点之间准确、高效地传输。今天，我们要深入探讨TI公司推出的TCAN1051系列CAN收发器。这一系列产品以其出色的性能和丰富的功能，为众多应用场景提供了强大的支持。

文件下载：tcan1051hg.pdf

1. 产品特性：卓越性能，保驾护航

1.1 标准合规性

TCAN1051系列严格遵循ISO 11898 - 2:2016和ISO 11898 - 5:2007物理层标准，这就好比为产品的性能和兼容性上了一道“保险锁”，确保它能够无缝融入各种符合这些标准的CAN网络中，为不同系统之间的通信提供了可靠的保障。

1.2 功能安全设计

提供功能安全型文档，这在工业控制、汽车电子等对安全要求极高的领域尤为重要。它就像一个专业的安全顾问，能够帮助工程师们进行功能安全系统设计，让整个系统在运行过程中更加稳定、可靠，减少潜在的风险。

1.3 高速数据传输

所有器件都支持经典CAN和高达2Mbps的CAN FD（灵活数据速率），而带有“G”后缀的器件更是能实现高达5Mbps的数据速率。这使得它在高速数据传输方面表现出色，能够满足现代工业自动化、汽车电子等领域对数据快速处理的需求。就像在高速公路上飞驰的跑车，能够迅速将数据送达目的地。

1.4 低传播延迟与高时序裕量

具有较短的对称传播延迟时间和快速循环次数，这大大增加了时序裕量。在有负载的CAN网络中，能够实现更快的数据速率，确保数据能够及时、准确地传输，避免了数据拥堵和延迟的问题。

1.5 宽电压范围支持

I/O电压范围支持3.3V和5V的MCU，这使得它具有很强的通用性和适应性，能够与不同电压标准的微控制器轻松配合，为各种应用场景提供了更多的选择。

1.6 理想无源行为

在未供电时，总线和逻辑引脚处于高阻态，无负载，并且在总线和RXD输出上能够实现上电/断电无干扰运行。这就好比一个安静的“旁观者”，在不工作时不会对其他设备产生任何影响，保证了整个网络的稳定性。

1.7 多重保护特性

• ESD保护：HBM ESD保护高达±16kV，IEC ESD保护高达±15kV，能够有效抵御静电放电的冲击，保护器件免受损坏。就像给器件穿上了一层坚固的“防弹衣”，增强了其在复杂电磁环境下的生存能力。
• 总线故障保护：非“H”型号的总线故障保护为±58V，“H”型号则达到±70V，能够在总线出现异常电压时及时保护器件，确保系统的正常运行。
• 欠压保护：$V_{CC}$和VIO（仅限V型号）电源终端具有欠压保护功能，当电源电压低于设定值时，能够自动进入保护状态，防止器件因电压不足而损坏。
• 驱动器显性超时（TXD DTO）：数据速率低至10kbps时也能正常工作，能够防止因TXD长时间保持显性状态而导致的网络阻塞问题，确保网络的畅通。
• 热关断保护（TSD）：当器件的结温超过设定阈值时，会自动关闭CAN驱动电路，防止器件因过热而损坏，提高了器件的可靠性和稳定性。

1.8 宽温度范围与多样封装

结温范围为–55°C至150°C，能够适应各种恶劣的工作环境。同时，采用SOIC (8) 封装和无引线VSON (8) 封装（3.0mm x 3.0mm），具有改进的自动光学检查（AOI）功能，方便工程师进行生产和调试。

2. 应用领域：广泛覆盖，各显神通

2.1 高负载CAN网络

所有器件均支持高负载CAN网络，在重型机械ISOBUS应用ISO 11783中，能够稳定、可靠地传输数据，确保机械设备的正常运行。就像一个强大的“数据桥梁”，连接着各个设备，让整个系统协同工作。

2.2 工业自动化

在工业自动化、控制、传感器和驱动系统中，TCAN1051系列能够快速、准确地传输各种控制信号和传感器数据，实现对工业生产过程的精确控制和监测。它就像工业生产线上的“智能管家”，确保每一个环节都能高效运行。

2.3 楼宇自动化

在楼宇、安全和温度控制自动化领域，能够实时传输各种环境数据和控制指令，实现对楼宇设备的智能化管理。例如，通过与温度传感器和空调系统的连接，能够根据室内温度自动调节空调的运行状态，提高能源利用效率。

2.4 电信基站

在电信基站状态和控制方面，能够及时、准确地传输基站的运行状态数据和控制指令，确保基站的稳定运行。就像一个忠诚的“守护者”，时刻守护着电信网络的正常运转。

2.5 多种CAN总线标准

支持诸如CANopen、DeviceNet、NMEA2000、ARNIC825、ISO11783、CANaerospace等多种CAN总线标准，具有很强的通用性和兼容性，能够满足不同行业的需求。

3. 器件说明：精准设计，满足需求

3.1 标准与速率

该CAN收发器系列符合ISO1189 - 2 (2016) 高速CAN物理层标准，所有器件都设计用于数据速率高达2Mbps的CAN FD网络。带有“G”后缀的器件旨在实现高达5Mbps的数据速率，能够满足不同应用场景对数据传输速率的要求。

3.2 电平转换与静音模式

带有“V”后缀的器件配有提供I/O电平的辅助电源输入，用于设置输入引脚阈值和RXD输出电平，方便与不同电压标准的设备进行连接。同时，该系列器件具有静音模式，通常也称作仅侦听模式，在某些不需要发送数据的场景下，能够减少对网络的干扰。

3.3 保护特性

所有器件都提供多种保护特性，如前面提到的ESD保护、总线故障保护、欠压保护、驱动器显性超时和热关断保护等，大大提高了器件和网络的耐用性，降低了系统故障的风险。

4. 引脚配置与功能：清晰明确，便于使用

4.1 引脚功能

PINS	(H),(G),(HG)	(V),(GV)(HV), (HGV)	TYPE	DESCRIPTION
TXD	1	1	DIGITAL INPUT	CAN transmit data input (LOW for dominant and HIGH for recessive bus states)
GND(1)	2	2	GND	Ground connection
VCC	3	3	POWER	Transcelver 5 - V supply voltage
RXD	4	4	DIGITAL OUTPUT	CAN receive data output (LOW for dominant and HIGH for recessive bus states)
NC	5			No Connect
V1o		5	POWER	Transceiver IO level shiting supply volage evices with "sufix ony)
CANL	6	6	BUS I/O	Low level CAN bus inputoutput line
CANH	7	7	BUS I/O	High level CAN bus Input/output line
S	8	8	DIGITAL INPUT	Silent Mode control input (active high)

4.2 注意事项

对于DRB（VSON）封装选项，热焊盘可连接到GND以优化封装的热特性。引脚5的功能取决于器件，在不含V后缀的器件上为无连接（NC）引脚，在包含V后缀的器件上为用于I/O电平转换的$VIO$引脚。RXD逻辑输出在不含“V”后缀的器件上驱动为$VCC$，而在包含“V”后缀的器件上驱动为$V_{10}$。

5. 规格参数：精确数据，可靠保障

5.1 绝对最大额定值

			MIN	MAX	UNIT
Vcc	5 - V Bus Supply Voltage Range	All Devices	- 0.3	7	V
V10	VO Level - Shifting Vottage Range	Devices with the "V"Suffix	- 0.3	7	V
VBUS	CAN Bus I/O voltage range (CANH, CANL)	Devices without the "H" Suffix	- 58	58	V
Voif	Max differential voltage between CANH and CANL	Devices without the "H" sufflx	- 58	58	V
VBUS	CAN Bus I/O vollage range (CANH, CANL)	Devices with the "H" Sufflx	- 70	70	V
V(om)	Max differential voltage between CANH and CANL	Devices with the"H"sufix	- 70	70	V
VLogic_Input)	Logic input terminal voltage range (TXD, S)	All Devices	- 0.3	+ 7 and V≤Vio + 0.3	V
VLogk_Ouput)	Logic output terminal vollage range (RXD)	- 0.3	+ 7 and Vj≤Vio + 0.3	V
lo(RXD)	RXD(Receiver) output current	8	8	mA
TJ	Virtual junction temperature range (see 节6.5)		- 55	150	℃
TsTG	Storage temperature range (see 节6.5)		65	150	℃

5.2 ESD 评级

	TEST CONDITIONS	VALUE	UNIT
D(SOIC) Package
Human Body Model (HBM) ESD stress voltage	All terminals(1)	±6000	V
CAN bus terminals (CANH,CANL) to GND(2)	±16000
Charged Device Model (CDM) ESD stress voltage	All terminals(3)	±1500	V
Machine Model	All terminals(4)	±200	V
DRB(VSON) Package
Human Body Model (HBM) ESD stress voltage	All terminals(1)	+ 6000	V
CAN bus terminals (CANH,CANL) to GND(2)	±16000
Charged Device Model (CDM) ESD stress voltage	All terminals(3)	±1500	V
Machine Model	All terminals(4)	±200	V

5.3 推荐工作条件

		MIN	MAX	UNIT
Vcc	5 - V Bus Supply Voltage Range	4.5	5.5	V
Vio	IO Level - Shifting Voltage Range	2.8	5.5
IoH(RXD)	RXD terminal HIGH level output current	- 2		mA
OL(RXD)	RXD terminal LOW level output current		2

5.4 热信息

Thermal Metric(1)		TEST CONDITIONS	TCAN1051 - Q1
D(SOIC) 8 Pins 105.8	DRB (VSON) 8 Pins 40.2	Unit
RIJA	Junction - to - air thermal resistance	High - K thermal resistance	°C
Ro JB	Junction - to - board thermal resistance		46.8	49.7	°CW
Ra JC(TOP)	Junction - to - case (top) thermal resistance		48.3	15.7	°C
WJT	Junction - to - top characterization parameter		8.7	0.6	°C
JB	Junction - to - board characterization parameter		46.2	15.9	°C
TTSD	Thermal shutdown temperature		170	170	℃
TTSD HYS	Thermal shutdown hysteresis		5	5	℃

5.5 功率额定值

PARAMETER		TEST CONDITIONS	POWER DISSIPATION 52	UNIT
PD	Average power dissipation	Vcc = 5V,Vo = 5V (if applicable), Tj = 27°C,R = 602,Sat0 V, Input to TXD at 250 kHz,CL_RxD = 15pF.Typical CAN operating conditions at 500 kbps with 25% transmission (dominant) rate.	mW
Vcc = 5.5V,Vio = 5.5V(f applicable),T = 150°C,R = 50 2,S at 0V,Input to TXD at 500 kHz,CL RXD = 15pF.Typical high load CAN operating condtions at 1 Mbps with 50% transmission (dominant) rate and loaded network.	124	mW

6. 详细描述：深入剖析，全面了解

6.1 概述

这些CAN收发器满足ISO11898 - 2 (2016) 高速CAN物理层标准，专为CAN FD网络设计，能够实现超过1 Mbps的数据速率，并在长距离和高负载网络中提供增强的时序裕量和更高的数据速率。同时，提供多种保护特性，增强了器件和CAN网络的鲁棒性。

6.2 功能框图

功能框图展示了器件的内部结构和信号传输路径，帮助工程师更好地理解器件的工作原理和设计思路。

6.3 特性描述

6.3.1 TXD 显性超时（DTO）

在正常模式下，TXD DTO电路能够防止因硬件或软件故障导致TXD长时间保持显性状态而阻塞网络通信。当TXD的下降沿触发DTO电路定时器，如果在超时时间$t_{TXD_DTO}$内没有检测到上升沿，DTO电路将禁用CAN总线驱动器，释放总线供网络中其他节点进行通信。当TXD终端检测到隐性信号时，CAN驱动器将重新激活。

6.3.2 热关断（TSD）

如果器件的结温超过热关断阈值$T{TSD}$，器件将关闭CAN驱动电路，阻断TXD到总线的传输路径。在热关断期间，CAN总线终端偏置到隐性电平，接收器到RXD的路径仍然正常工作。当结温下降到热关断温度$T{TSD}$以下至少热关断滞回温度$T_{TSD_HYS}$时，关断条件将被清除。

6.3.3 欠压锁定

电源终端具有欠压检测功能，当$V{CC}$或$V{IO}$电源终端出现欠压事件时，器件将进入保护模式，保护总线不受影响。

6.3.4 未供电设备

当器件未供电时，对CAN总线呈现“理想无源”或“无负载”状态，总线终端（CANH，CANL）和逻辑终端的泄漏电流极低，避免对总线和其他电路造成负载影响。

6.3.5 浮动终端

关键终端具有内部上拉电阻，当终端浮动时，能够将器件置于已知状态。例如，TXD终端上拉到$V{CC}$或$V{IO}$，当终端浮动时强制输入电平为隐性；S终端下拉，当终端浮动时强制器件进入正常模式。

6.3.6 CAN总线短路电流限制

器件具有两种保护特性来限制CAN总线短路故障时的短路电流：驱动器电流限制（显性和隐性状态）和TXD显性状态超时。在CAN通信中，总线在显性和隐性状态之间切换，短路电流可以看作是每个总线状态下的瞬时电流或两种状态的平均电流。为了考虑系统电流（电源）和终端电阻及共模扼流圈的功率额定值，应使用平均短路电流。

6.3.7 数字输入和输出

• 5 - V $V_{CC}$ 仅器件（无“V”后缀）：由单一5 - V电源供电，数字输入具有TTL输入阈值，与5V和3.3V兼容。RXD输出在逻辑高电平时驱动到$V{CC}$ ，TXD引脚内部上拉到$V{CC}$，S引脚下拉到GND。
• 5 V $V{CC}$ 带$V{10}$ I/O电平转换（有“V”后缀）：使用5V $V{CC}$电源为CAN驱动器和高速接收器模块供电，同时具有第二个电源$V{IO}$用于I/O电平转换。该电源用于设置TXD和S引脚的CMOS输入阈值以及RXD高电平输出