CAN(FD)收发器选型及替换指南(一)

对于很多汽车电子工程师来说,CAN收发器可以说是既熟悉又陌生。熟悉指的是经常会用到TJA1042,TCAN1042等芯片;陌生指的是,一旦客户对收发器提出新的需求如功耗更低,过滤唤醒报文,低速容错等,顿时不知道该换何种型号了,毕竟一个“简单”用惯了的芯片,谁会花心思研究它呢。

对于汽车零部件供应商的采购来说,今年应该是最头痛的一年了。因为缺芯的缘故,协调外部资源不停的寻找替换料,协调内部资源审核物料是否可用,沟通时间比往年多了很多。

正是看到了上面这些情况,笔者决定结合自己所学以及网上的资料,整理了NXP,TI,Infenion和ON的各类CAN收发器的特性和功能,方便电子工程师快速选到自己所需的CAN收发器。同时,我以NXP常用的CAN收发器为参照,整理了TI,infenion和ON对应的替换型号以及替换注意事项。

CAN和CAN FD的物理层作用是一样的,都是将3.3V/5V的逻辑信号转换成差分信号,只是CAN的最高速率是1Mbps,CAN FD的最高速率是8Mbps。新出的收发器一般都是CAN和CAN FD同时支持的,只是型号尾缀不一样。

1.NXP的CAN(FD)收发器介绍

提到CAN(FD)收发器,NXP一直都是这个领域的领头羊,也是其他做CAN收发器的芯片厂家模仿的对象,目前为止,NXP还是这个领域的第一。下面将根据CAN(FD)收发器的功能分类进行介绍。

Basic CAN(FD)

Basic CAN(FD)收发器,顾名思义,就是基础CAN(FD)收发器,通常有一个控制引脚用来切换Normal mode和Silent mode,不带有低功耗模式。一般符合11898-2的标准,电平标准如下(摘自NXP的应用笔记AH1014):

CAN(FD)收发器选型及替换指南(一)-图片1

Basic CAN(FD)收发器根据CANH和CANL的耐压不同分为两类(以TJA1057为例,如下图),一种是支持12V系统的,用在乘用车上,耐压<42V;一种是12V和24V系统都支持的,也可以用在商用车上,耐压58V。

基础版收发器一般用在不需要待机休眠的产品上,如发动机ECU,变速箱TCU,底盘控制模块CCM,电子助力转向EPS等。

主要型号如下:

12V系统:TJA1050,TJA1057和TJA1441,由于TJA1050属于老产品,性能偏弱且不支持CAN FD,不推荐使用。TJA1441是今年刚刚量产的,供电范围由于TJA1057,有一个子系列TJR1441达到AEC-Q100 Grade 0等级,支持150℃的环境温度。
12/24V系统:TJA1051,如果新项目用于乘用车,推荐换成TJA1057,因为EMC性能做过优化,EMC要求不是特别高的情况下,可以省去共模电感。

Standby mode CAN(FD)

此收发器相比基础版本增加了standby的低功耗模式,此模式的功耗在10uA左右,如下图所示(以TJA1044为例)。同时CAN收发器处在standby模式时会开启CAN总线唤醒功能,当CAN总线上有数据时,RXD会产生从高到低的跳变沿,此跳变沿可以被MCU用来做唤醒源。

CAN(FD)收发器选型及替换指南(一)-图片2

Standby CAN收发器相比基础版本除了增加低功耗模式之外,还增加了一个split引脚(TJA1040和TJA1042),主要是解决CAN总线信号对称性不好的情况。如果是终端节点,建议120Ω的终端电阻分成两个60Ω串联,并接上split引脚,如果不是终端节点,换成两个1.3kΩ的电阻串联,或者使用车厂指定的值。如下是TJA1042T的推荐电路图。TJA1044因为内部做了优化,不在需要split引脚。

此种收发器一般用在KL30(长电)和KL15同时供电的产品上,如仪表,中控,导航等产品。

主要型号如下:

12V系统:TJA1040,TJA1044和TJA1442,TJA1040不推荐新项目使用,TJA1442是新产品,子系列TJR1442支持150℃环境温度。

12/24V系统:TJA1049和TJA1042,TJA1049很少有客户使用,但是TJA1042是目前市场上用的最多CAN收发器之一,如果目标应用是12V系统的,建议切换到TJA1044,尤其是TJA1044G版本,可以裸板过class 5。


Standby mode CAN(FD) + Dual channel

两路CAN通道的standby CAN收发器,使用的客户不多,我只看到一些做毫米波雷达的客户使用。

主要型号如下:

12V系统:TJA1046和TJA1448,TJA1448是今年刚刚量产的,相比TJA1046,供电范围更宽,standby模式下功耗更低,也有Gtade 0等级的TJR1448。

12/24V系统:TJA1059和TJA1048,TJA1059用的客户相对多一些。

Standby mode CAN(FD) + Isolation

带隔离功能的CAN收发器,在MCU和CAN总线之间提供隔离接口,防止汽车内的高压通过CAN总线传递到低压区域,芯片框图如下(以TJA1052i为例)。

CAN(FD)收发器选型及替换指南(一)-图片3

一般新能源车内和高压电池包有连接的产品会用到此芯片,如空调压缩机的控制器等。

主要型号如下:

12V系统:暂无

12/24V系统:TJA1052i,现在也有许多客户使用隔离芯片加TJA1042/TJA1044的分立方案替代TJA1052i,或者使用国产的模块方案。

Standby mode CAN(FD) + SIC

虽然很多CAN收发器已经升级到可以支持CAN FD,但是和之相连的CAN总线线束并没有随之提升,一旦CAN FD通信速率达到2Mbps或者更高,振铃会非常大,影响信号传输质量。NXP推出的带SIC(Signal Improvement Capability)功能的TJA146x芯片可以很好的解决该问题。

目前长安车厂会建议他们的供应商使用NXP的TJA146x芯片用于高速率的CAN FD通信。

主要型号如下:

12系统:TJA1462,对于2Mbps及以上的CAN FD通信,强烈推荐客户使用TJA146x系列,如下是传统CAN收发器和TJA1462在2Mbps CANFD通信下的对比图

CAN(FD)收发器选型及替换指南(一)-图片4

12V/24V系统:暂无

Sleep mode CAN(FD)

standby模式下的功耗已经很低了,如果车厂要求功耗做的更低,或者要求支持本地唤醒,此时就需要使用带sleep模式,INH引脚和wake引脚的收发器了。

以TJA1043为例,如下面应用电路图,当MCU配置TJA1043进入sleep模式之后,INH引脚拉低,LDO关闭输出,MCU关闭不消耗电流。当CAN总线有唤醒信号,或者wake引脚有跳变沿,INH引脚被拉高,LDO打开输出,MCU启动并配置TJA1043进入Normal模式接收CAN报文。

CAN(FD)收发器选型及替换指南(一)-图片5

TJA1043增加了诊断引脚ERR,不过由于限制条件太多,不推荐使用。

主要型号如下:

12V系统:TJA1041(A)和TJA1443A,TJA1041产品较老,推荐使用新产品TJA1443,同样也有Ta=150℃的TJR1443A。
24V系统:TJA1043(A),推荐使用TJA1043A,价格更好。


Sleep mode CAN(FD) + SIC

主要型号如下:

12V系统:TJA1463,Ta=150℃的型号为TJR1463
24V系统:

Sleep mode CAN(FD) + Partial networking

像T-BOX这类应用,一般对低功耗的要求更严格,如果使用TJA1043这类收发器,一旦被和自己不相关的CAN报文唤醒之后,需要软件进行判断处理,尽快的再次进入休眠模式。此时就对CAN收发器提出了新的功能需求,既局部网络唤醒功能,相关标准为11898-6:2013。NXP支持该功能的收发器为TJA1145,可以通过SPI接口配置唤醒报文的速率,ID和数据,不满足条件的CAN报文无法唤醒TJA1145。

需要提醒的是,TJA1145不支持CAN FD的局部网络唤醒功能,如果TJA1145被用于CAN FD总线中,需要选用TJA1145T/FD and TJA1145TK/FD,其他型号接收到CAN FD的唤醒信号会识别为错误信号。

主要型号如下:

12V系统:暂无
24V系统:TJA1145(A),TJA1145马上停产,建议使用TJA1145A。

Fault-tolerant CAN

有些车厂对于一些安全性比较高的场合会使用低速容错CAN总线,要求供应商使用的CAN收发器满足标准11898-3。低速容错CAN和普通CAN不一样,最高速率只有125K bps,且CAN总线断了任意一根之后,仍可以使用另一个线继续通信。低速从错CAN的电平标准如下图(摘自NXP的应用笔记AH0801),和普通CAN的电平标准不一样。

CAN(FD)收发器选型及替换指南(一)-图片6

主要型号如下:

12V系统:TJA1054(A),暂未遇到使用的客户。

12V/24V系统:TJA1055,有客户给车厂PSA做的中控项目用到过。

Single Wire CAN

MC88987是单总线CAN收发器,但笔者只在一些代工客户的BOM表上见过,具体应用场景不太了解。

总结
上面陆陆续续把NXP的CAN收发器介绍完了,为了方便大家查阅,我整理了一张表格,如下图所示:

CAN(FD)收发器选型及替换指南(一)-图片7

2.TI的CAN(FD)收发器介绍

TI的CAN收发器在市场上的份额也比较大,并且做了很多和NXP引脚兼容,命名相似的产品,大家见的最多的应该就是TCAN1042了。

TI的官网的官网将其CAN收发器分成了四类,如下图所示:

CAN(FD)收发器选型及替换指南(一)-图片8

笔者每个分类都点进去看了一下,其实相互之间很多重合,个人感觉就是5V CAN(FD)收发器和3.3V CAN(FD)收发器两大类,由于笔者对工业场景下的CAN收发器应用不是很了解。下面主要介绍汽车 CAN收发器。

5V CAN(FD)收发器

TI的汽车级5V CAN(FD)收发器大概两种,一种是和NXP做引脚兼容的,一种是增加新特性的。

和NXP做兼容的型号主要有

  • 基础类:SN65HVDA1050A-Q1,TCAN1051,TCAN1057
  • 支持Standby:SN65HVD1040-Q1,TCAN1042,TCAN1044
  • 双通道Standby:TCAN1046,TCAN1048,
  • 隔离Standby:ISO1042-Q1(总线耐压更高,达到±70V)
  • 支持sleep:TCAN1043,TCAN1463

增加新特性的型号主要有:

  • 内部自带5V电源的:TCAN1162-Q1
  • IO口电平支持1.8V的:TCAN1044AV-Q1,TCAN1057AV-Q1,TCAN1046AV-Q1
  • 增加看门狗和LIMP功能的:TCAN1144-Q1,TCAN1146-Q1
  • 集成CAN FD控制器的:TCAN4550-Q1
  • 总线耐压达到±70V的,TCAN1042H,TCAN1044H这类带H尾缀的

3.3V CAN收发器

TI还有3.3V的CAN收发器,和5V CAN收发器的总线电平对比如下:

CAN(FD)收发器选型及替换指南(一)-图片9

汽车级的3.3V CAN收发器如下图所示,不过笔者没怎么遇到使用3.3V CAN总线的车厂,一般现在MCU是3.3V供电的,也会选择带Vio引脚的5V CAN收发器,Vio引脚和MCU来自同一个供电源就可以了。

3.Infenion的CAN(FD)收发器介绍

Infenion的CAN收发器笔者在客户端见的比较少,但是他家的CAN SBC用的人很多。后来跟代理infenion的销售朋友了解了下,他家的CAN收发器其实用的人也不少,所以这里也花些篇幅介绍下。

从Infeion官网下载的选型手册看,主要分为带wake-up功能和不带wake-up功能两类收发器,如下图所示:

CAN(FD)收发器选型及替换指南(一)-图片10

不带wake-up功能

不带wake-up功能的CAN(FD)收发器的主要型号如下图:

带wake-up功能

带wake-up功能的CAN(FD)收发器的主要型号如下图:

CAN(FD)收发器选型及替换指南(一)-图片11

4.ON的CAN(FD)收发器

ON的收发器种类相比NXP和TI不算太多,基本都是和NXP做引脚兼容,命令也比较相似。

  • 基础类:NCV7351,NCV7357
  • 支持Standby:NCV7340,NCV7342,NCV7344,NCV7349
  • 双通道Standby:NCV7441,NCV7446
  • 支持sleep:NCV7341,NCV7343
  • 单线CAN:NCV7356

 
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