TCAN1051-Q1系列CAN收发器：汽车应用的理想之选

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，对于车辆各系统之间的数据传输和控制起着至关重要的作用。而CAN收发器则是实现CAN总线通信的关键组件，它负责将微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微控制器处理。今天，我们就来详细介绍一下德州仪器（TI）的TCAN1051-Q1系列CAN收发器。

文件下载：TCAN1051DRBTQ1.pdf

一、产品概述

TCAN1051-Q1系列包括TCAN1051-Q1、TCAN1051V-Q1、TCAN1051H-Q1、TCAN1051HV-Q1、TCAN1051G-Q1、TCAN1051GV-Q1、TCAN1051HG-Q1和TCAN1051HGV-Q1等型号。这些收发器均符合AEC Q100标准，适用于汽车应用，工作温度范围为 -40°C至125°C。它们满足ISO 11898-2:2016和ISO 11898-5:2007物理层标准，并且具备功能安全能力，提供相关文档以辅助功能安全系统设计。

二、产品特性

（一）电气特性

1. 数据速率：所有设备支持经典CAN和2 Mbps的CAN FD（灵活数据速率），带有“G”后缀的型号支持5 Mbps的数据速率。这种高速数据传输能力使得该系列收发器能够满足现代汽车电子系统对数据传输速度的要求。
2. 传播延迟：具有短而对称的传播延迟时间和快速的环路时间，有助于提高时序裕度，在负载较重的CAN网络中实现更高的数据速率。例如，典型的环路延迟仅为110 ns。
3. EMC性能：支持SAE J2962-2和IEC 62228-3（高达500 kbps）标准，无需使用共模扼流圈，这在一定程度上简化了电路设计，降低了成本。
4. I/O电压范围：支持3.3 V和5 V的微控制器，具有良好的兼容性。

（二）保护特性

1. ESD保护：IEC ESD保护高达±15 kV，能够有效防止静电对设备造成损坏。
2. 总线故障保护：非“H”变体的总线故障保护为±58 V，“H”变体为±70 V，增强了设备在恶劣环境下的可靠性。
3. 欠压保护：仅“V”变体在(V{CC})和(V{IO})电源端子上具有欠压保护功能，确保设备在电源电压不稳定时能够正常工作。
4. 驱动主导超时（TXD DTO）：数据速率可低至10 kbps，防止在硬件或软件故障时TXD长时间保持主导状态，避免阻塞网络通信。
5. 热关断保护（TSD）：当结温超过热关断阈值时，设备会关闭CAN驱动电路，保护设备免受过热损坏。

（三）其他特性

1. 理想的无源行为：未供电时，总线和逻辑端子呈高阻抗状态，不会对总线造成负载，这对于部分节点未供电而其他节点仍在工作的网络非常重要。
2. 无声模式：也称为监听模式，可通过S输入端子进行选择，在该模式下，CAN驱动被禁用，接收器仍可接收总线上的通信信息。

三、应用领域

（一）汽车和交通运输

该系列收发器适用于高度负载的CAN网络，可用于汽车的各种电子系统，如发动机控制单元、车身电子系统、安全系统等。

（二）重型机械ISOBUS应用

符合ISO 11783标准，可用于重型机械的通信和控制。

四、引脚配置和功能

TCAN1051-Q1系列收发器采用8引脚封装，包括SOIC(8)和VSON(8)两种封装形式。不同型号的引脚功能略有差异，例如，带有“V”后缀的型号在引脚5上具有(V_{IO})电源输入，用于I/O电平转换。

PINS	NAME (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	Transceiver 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
VIO	—	5	POWER	Transceiver I/O level shifting supply voltage (Devices with "V" suffix only)
CANL	6	6	BUS I/O	Low level CAN bus input/output line
CANH	7	7	BUS I/O	High level CAN bus lnput/output line
S	8	8	DIGITAL INPUT	Silent Mode control input (active high)

五、电气参数

（一）绝对最大额定值

			MIN	MAX	UNIT
V CC	5-V Bus Supply Voltage Range	All Devices	–0.3	7	V
V IO	I/O Level-Shifting Voltage Range	Devices with the "V" Suffix	–0.3	7	V
V BUS	CAN Bus I/O voltage range (CANH, CANL)	Devices without the "H" Suffix	–58	58	V
V (Diff)	Max differential voltage between CANH and CANL	Devices without the “H” suffix	–58	58	V
V BUS	CAN Bus I/O voltage range (CANH, CANL)	Devices with the "H" Suffix	-70	70	V
V (Diff)	Max differential voltage between CANH and CANL	Devices with the “H” suffix	–70	70	V
V (Logic_Input)	Logic input terminal voltage range (TXD, S)	All Devices	–0.3	+7 and V I ≤ V IO + 0.3	V
V (Logic_Output)	Logic output terminal voltage range (RXD)	–0.3	+7 and V I ≤ V IO + 0.3	V
I O(RXD)	RXD (Receiver) output current	–8	8	mA
T J	Virtual junction temperature range (see Section 6.5 )		–55	150	°C
T STG	Storage temperature range (see Section 6.5 )		–65	150	°C

（二）ESD额定值

	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

（三）推荐工作条件

		MIN	MAX	UNIT
V CC	5-V Bus Supply Voltage Range	4.5	5.5	V
V IO	I/O Level-Shifting Voltage Range	2.8	5.5	V
I OH(RXD)	RXD terminal HIGH level output current	–2		mA
I OL(RXD)	RXD terminal LOW level output current		2	mA

六、设计注意事项

（一）电源供应

该系列设备设计工作在(V{CC})输入电源电压范围为4.5 V至5.5 V，部分设备的(V{IO})输出电平转换电源输入范围为3 V至5.5 V。两个电源输入都必须良好稳压，建议在CAN收发器的主(V{CC})电源输出附近放置一个4.7 μF的大容量电容，并在设备的(V{CC})和(V_{IO})电源端子附近放置一个0.1 μF的旁路电容，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。

（二）布局设计

1. 保护和滤波电路：应将保护和滤波电路尽可能靠近总线连接器，以防止瞬态、ESD和噪声进入电路板。例如，可以使用瞬态电压抑制（TVS）二极管或压敏电阻进行保护，并在CANH和CANL线上放置可选的总线滤波电容。
2. 电源和接地平面：使用电源（(V_{CC})）和接地平面提供低电感路径，因为高频电流会遵循阻抗最小的路径。
3. 旁路电容：旁路和大容量电容应尽可能靠近收发器的电源端子，以减少电源噪声。
4. 总线终端：ISO 11898标准规定CAN总线应使用120-Ω的终端电阻来防止信号反射。可以采用单电阻终端或分裂终端，分裂终端可以改善总线的电磁发射行为。

七、总结

TCAN1051-Q1系列CAN收发器以其丰富的特性和良好的性能，为汽车和工业应用提供了可靠的CAN总线通信解决方案。其高速数据传输能力、强大的保护特性以及灵活的引脚配置，使得工程师在设计CAN网络时能够更加轻松地满足各种应用需求。在实际应用中，合理的电源供应和布局设计对于发挥该系列收发器的性能至关重要。希望通过本文的介绍，能够帮助电子工程师更好地了解和使用TCAN1051-Q1系列CAN收发器。

你在使用TCAN1051-Q1系列收发器时遇到过哪些问题？或者对于CAN总线设计有什么独特的见解？欢迎在评论区分享交流。