全面解析TCAN1042：高性能CAN收发器的理想之选

作为一名资深电子工程师，在硬件设计开发的过程中，常常会与各种电子元件打交道，其中CAN收发器在工业自动化、汽车电子等众多领域都有着广泛的应用。今天，我们就来深入剖析一下TI公司的TCAN1042系列CAN收发器，看看它有哪些出色的特性和应用优势。

文件下载：tcan1042h.pdf

产品概述

TCAN1042系列CAN收发器符合ISO11898 - 2:2016和ISO11898 - 5:2007物理层标准，能够满足高速CAN网络的数据传输需求。全系列支持经典CAN和速率高达2Mbps 的CAN FD，后缀包含“G”的器件则支持高达5Mbps的速率，可适用于对数据速率要求较高的应用场景。

特性亮点

电气特性

这款收发器的电气特性十分出色，在电源方面，它的工作电压范围较宽，VCC在4.5 - 5.5V 之间，VIO在3 - 5.5V之间，能够满足不同电源系统的要求。在正常模式下，不同负载条件下的5V 电源电流也有明确的指标，例如在典型负载时为40mA（典型值），高负载时为45mA（典型值），这为我们在设计电源供电系统时提供了精确的参考。

在信号传输方面，其总线输出电压、差分输出电压等参数都有严格的规定，确保了信号的稳定和可靠传输。例如，总线输出电压（显性）在CANH上为2.75 - 4.5V，在CANL上为0.5 - 2.25V，能够保证在不同的总线负载和工作条件下，信号都能准确无误地传输。

保护特性

保护特性是TCAN1042的一大亮点。它具备多种保护功能，能够有效提高器件和网络的耐用性。

• ESD保护：HBM ESD保护可达±16kV，IEC ESD保护高达±15kV，能够有效防止静电对器件造成损坏，在一些容易产生静电的工业环境中，这一特性尤为重要。
• 总线故障保护：非H型号的总线故障保护为±58V，H型号则为±70V，能够在总线出现故障时，保护器件不受损坏，确保系统的稳定性。
• 欠压保护：VCC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的阈值时，器件会进入保护模式，避免因欠压导致的异常工作。
• 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。
• 热关断保护（TSD）：当器件的结温超过热关断阈值（TTSD = 170°C）时，会自动关闭CAN驱动电路，防止器件因过热而损坏，当结温下降到一定程度时，又能自动恢复工作。

封装与散热

它采用SOIC(8)封装和无引线VSON(8)封装（3.0mm x 3.0mm），不仅提高了自动光学检测（AOI）的能力，而且在散热方面也有不错的表现。从热性能参数来看，不同封装的结到空气、结到板、结到壳等热阻都有明确的数值，例如D（SOIC）8引脚封装的结到空气热阻为105.8°C/W，这为我们在设计散热方案时提供了重要的依据。

功能模式

TCAN1042有两种主要的工作模式：正常模式和待机模式，通过STB输入端子进行模式选择。

正常模式

当STB端子为低电平时，器件进入正常模式。在这种模式下，CAN驱动器和接收器完全正常工作，CAN通信是双向的。驱动器将TXD上的数字输入转换为CANH和CANL上的差分输出，接收器则将CANH和CANL上的差分信号转换为RXD上的数字输出，实现数据的可靠传输。

待机模式

当STB端子为高电平时，器件进入低功耗待机模式。在这种模式下，总线发送器不发送数据，正常模式接收器也不接收数据，总线线路被偏置到地，从而最小化系统电源电流。只有低功耗接收器会主动监测总线活动，当检测到唤醒模式（WUP）时，RXD会指示一个有效的唤醒事件。并且，在待机模式下，只使用VIO引脚为低功耗接收器供电，这样可以移除VCC，进一步降低功耗。

应用领域

工业自动化

在工业自动化领域，TCAN1042可用于工业自动化、控制、传感器和驱动系统等方面。在一个工业生产线上，多个传感器和执行器通过CAN总线连接在一起，TCAN1042能够确保这些设备之间的数据可靠传输。由于它支持高负载CAN网络，并且具备多种保护特性，能够适应工业环境中的复杂干扰和故障情况，保证生产线的稳定运行。

重型机械

在重型机械的ISOBUS应用中，如ISO 11783标准的应用场景，TCAN1042也能发挥重要作用。重型机械通常工作在恶劣的环境下，需要可靠的通信系统来保证各个部件之间的协同工作。TCAN1042的高可靠性和抗干扰能力，能够满足重型机械通信的需求，确保设备的正常运行。

楼宇自动化

在楼宇、安全和温度控制自动化系统中，TCAN1042可用于连接各种传感器和控制器，实现对楼宇环境的智能监控和控制。通过CAN总线，可将温度传感器、烟雾报警器、门禁系统等设备连接在一起，实现数据的实时传输和集中管理。

设计建议

电源设计

在电源设计方面，要确保VCC和VIO输入电源电压稳定且在规定的范围内。在CAN收发器的主VCC电源输出附近放置一个大容量电容（通常为4.7μF），并在靠近器件VCC和VIO电源端子处放置一个旁路电容（通常为0.1μF），这样可以减少开关电源输出的电压纹波，补偿PCB电源平面和走线的电阻和电感。

布局设计

在PCB设计时，要采用高频布局技术。将保护和滤波电路尽可能靠近总线连接器，防止瞬态、ESD和噪声进入电路板。使用TVS二极管和总线滤波电容时，要将它们放置在靠近板上连接器的位置，以防止噪声瞬态事件进一步传播到PCB和系统中。同时，使用电源（VCC）和接地平面来提供低电感路径，对于旁路电容和保护器件的电源（VCC）和接地连接，至少使用两个过孔，以最小化走线和过孔的电感。

总结

TCAN1042系列CAN收发器以其出色的电气特性、丰富的保护功能、灵活的工作模式和广泛的应用领域，成为电子工程师在CAN网络设计中的理想选择。在实际应用中，我们要充分考虑其特性和要求，合理进行电源设计、布局设计等，以确保系统的稳定性和可靠性。大家在使用TCAN1042的过程中，有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的应用场景呢？欢迎在评论区分享交流。