TCAN1051系列CAN收发器：工业网络通信的可靠之选

在工业自动化、汽车电子等众多领域，CAN（Controller Area Network）总线凭借其高可靠性、实时性和抗干扰能力，成为了设备间通信的主流选择。而TCAN1051系列CAN收发器，作为德州仪器（TI）推出的一款高性能产品，更是为CAN网络的稳定运行提供了有力保障。今天，我们就来深入了解一下这款收发器的特点、应用以及设计要点。

文件下载：TCAN1051HGDR.pdf

一、产品概述

TCAN1051系列CAN收发器符合ISO11898 - 2（2016）高速CAN物理层标准，适用于CAN FD（Flexible Data Rate）网络，数据速率最高可达5 Mbps。该系列产品具有多种型号，如TCAN1051、TCAN1051G、TCAN1051GV等，不同型号在总线故障保护、数据速率、电平转换等方面有所差异，能够满足不同应用场景的需求。

二、主要特性

（一）高速数据传输

所有设备均支持经典CAN和2 Mbps的CAN FD，带有“G”后缀的型号更是支持高达5 Mbps的数据速率。同时，其短而对称的传播延迟时间和快速的环路时间，为网络提供了更高的时序裕量，能够在高负载的CAN网络中实现高效的数据传输。

（二）功能安全能力

该系列产品具备功能安全能力，并提供相关文档，有助于设计功能安全系统，为对安全性要求较高的应用场景提供了可靠保障。

（三）宽电压范围支持

I/O电压范围支持3.3 V和5 V的MCU，具有良好的兼容性，方便与不同类型的微控制器连接。

（四）理想的无源特性

在未供电时，总线和逻辑端子呈现高阻抗状态，不会对总线造成负载。并且在电源上电/下电过程中，总线和RXD输出无毛刺，保证了系统的稳定性。

（五）多重保护功能

• ESD保护：具备±16 kV的HBM ESD保护和高达±15 kV的IEC ESD保护，有效防止静电对设备造成损坏。
• 总线故障保护：非“H”变体的总线故障保护为±58 V，“H”变体则可达±70 V，增强了设备在恶劣环境下的可靠性。
• 欠压保护：“V”变体在$V_{CC}$和VIO电源端子上具有欠压保护功能，可避免设备在电压异常时受损。
• 热关断保护：当芯片结温超过设定阈值时，自动关断CAN驱动电路，防止设备因过热而损坏。

三、应用领域

（一）工业自动化

在工业自动化系统中，TCAN1051系列收发器可用于控制、传感器和驱动系统，实现设备之间的高速、可靠通信。例如，在机器人控制系统中，它能够确保各个关节的精确运动控制；在工业传感器网络中，可快速准确地传输传感器数据。

（二）重型机械

适用于重型机械的ISOBUS应用，如农业机械、建筑机械等。这些设备通常工作在恶劣的环境中，对通信的可靠性和稳定性要求极高，TCAN1051的多重保护功能能够很好地满足这些需求。

（三）楼宇自动化

可用于建筑、安全和气候控制自动化系统，实现对建筑物内各种设备的远程监控和控制。例如，通过CAN总线连接空调、照明、门禁等设备，实现智能化管理。

（四）电信基站

在电信基站的状态监测和控制中发挥重要作用，确保基站设备的稳定运行。通过CAN总线，可实时获取基站设备的工作状态信息，并进行远程配置和故障诊断。

四、设计要点

（一）电源供应

该系列设备的$V{CC}$输入电源电压范围为4.5 V至5.5 V，部分型号的VIO电源输入范围为3 V至5.5 V。为了保证设备的稳定运行，电源必须经过良好的稳压处理。建议在CAN收发器的$V{CC}$主电源输出附近放置一个4.7 μF的大容量电容，同时在$V_{CC}$和VIO电源端子附近分别放置一个0.1 μF的旁路电容，以减少电源纹波。

（二）布局设计

由于ESD和瞬态干扰具有较宽的频率带宽（约3 MHz至3 GHz），在PCB设计时需要采用高频布局技术。虽然TCAN1051系列产品具有较高的片上IEC ESD保护能力，但如果需要更高的系统级抗干扰能力，可以使用外部TVS二极管。TVS二极管和总线滤波电容应尽量靠近板上连接器放置，以防止噪声瞬态事件进一步传播到PCB和系统中。

（三）CAN终端匹配

ISO 11898标准规定，CAN总线的互连应采用特性阻抗为120 Ω的双绞线电缆，并在电缆两端使用与线路特性阻抗相等的电阻进行终端匹配，以防止信号反射。如果需要对总线的共模电压进行滤波和稳定，可以采用分裂终端匹配方式。

五、总结

TCAN1051系列CAN收发器以其高速数据传输能力、功能安全特性、多重保护功能以及广泛的应用领域，成为了工业网络通信的理想选择。在实际设计过程中，我们需要根据具体的应用需求选择合适的型号，并注意电源供应、布局设计和终端匹配等要点，以确保系统的稳定运行。希望本文能够为电子工程师们在使用TCAN1051系列收发器进行设计时提供一些参考和帮助。

大家在使用TCAN1051系列收发器的过程中，有没有遇到过什么问题或者有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流！