探索TJA1042高速CAN收發(fā)器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在汽車電子領(lǐng)域，CAN（Controller Area Network）總線作為一種可靠的通信協(xié)議，被廣泛應(yīng)用于各種車載系統(tǒng)中。而TJA1042高速CAN收發(fā)器，憑借其出色的性能和豐富的特性，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來(lái)深入了解一下TJA1042這款產(chǎn)品。

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一、TJA1042概述

TJA1042是恩智浦半導(dǎo)體（NXP）推出的第三代高速CAN收發(fā)器，它為CAN協(xié)議控制器和物理雙線CAN總線之間提供了接口。該收發(fā)器專為汽車行業(yè)的高速CAN應(yīng)用而設(shè)計(jì)，具備差分發(fā)送和接收能力，可與帶有CAN協(xié)議控制器的微控制器配合使用。

與前兩代產(chǎn)品相比，TJA1042在電磁兼容性（EMC）和靜電放電（ESD）性能方面有了顯著提升。它還具有理想的無(wú)源特性，在電源電壓關(guān)閉時(shí)對(duì)CAN總線呈現(xiàn)零負(fù)載；具備低電流待機(jī)模式，并支持通過(guò)CAN總線喚醒；TJA1042T/3和TJA1042TK/3版本可直接與3V至5V的微控制器接口。此外，TJA1042實(shí)現(xiàn)了ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5定義的CAN物理層，能夠在CAN FD快速階段以高達(dá)5 Mbit/s的數(shù)據(jù)速率實(shí)現(xiàn)可靠通信。

二、特性與優(yōu)勢(shì)

2.1 通用特性

• 標(biāo)準(zhǔn)兼容性：符合ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5標(biāo)準(zhǔn)，確保了在CAN網(wǎng)絡(luò)中的兼容性和互操作性。
• 高速通信：在CAN FD快速階段，保證數(shù)據(jù)速率高達(dá)5 Mbit/s的定時(shí)準(zhǔn)確性，滿足高速通信需求。
• 電源適應(yīng)性：適用于12V和24V系統(tǒng)，具有廣泛的電源適應(yīng)性。
• 電磁性能：低電磁輻射（EME）和高電磁抗擾度（EMI），減少了電磁干擾對(duì)系統(tǒng)的影響。
• 接口靈活性：TJA1042T/3和TJA1042TK/3的$V_{IO}$輸入允許直接與3V至5V的微控制器接口，提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。
• 封裝選擇：提供SO8和無(wú)鉛HVSON8（3.0 mm × 3.0 mm）封裝，其中HVSON8封裝具有更好的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）能力。
• 環(huán)保特性：符合無(wú)鹵和有害物質(zhì)限制（RoHS）標(biāo)準(zhǔn)，是綠色環(huán)保產(chǎn)品。
• 汽車級(jí)認(rèn)證：通過(guò)AEC - Q100認(rèn)證，適用于汽車應(yīng)用。

2.2 可預(yù)測(cè)和故障安全特性

• 低電流待機(jī)模式：具有主機(jī)和總線喚醒能力，在待機(jī)模式下電流極低，有助于降低系統(tǒng)功耗。
• 可預(yù)測(cè)行為：在所有電源條件下，功能行為可預(yù)測(cè)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
• 總線分離：未上電時(shí)，收發(fā)器與總線分離（零負(fù)載），避免對(duì)總線產(chǎn)生不必要的影響。
• 超時(shí)功能：具備發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD）主導(dǎo)超時(shí)功能和總線主導(dǎo)超時(shí)功能，防止硬件或軟件故障導(dǎo)致總線永久處于主導(dǎo)狀態(tài)。
• 欠壓檢測(cè)：對(duì)$V{CC}$和$V{IO}$引腳進(jìn)行欠壓檢測(cè)，當(dāng)電壓低于設(shè)定值時(shí)，采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

2.3 保護(hù)特性

• ESD保護(hù)：總線引腳具有高ESD處理能力（±8 kV），能夠有效抵御靜電放電的影響。
• 電壓魯棒性：CAN引腳具有高電壓魯棒性（±58 V），可承受較大的電壓波動(dòng)。
• 瞬態(tài)保護(hù)：總線引腳針對(duì)汽車環(huán)境中的瞬態(tài)干擾進(jìn)行了保護(hù)，提高了系統(tǒng)的可靠性。
• 熱保護(hù)：具備熱保護(hù)功能，防止輸出驅(qū)動(dòng)器因過(guò)熱而損壞。

三、關(guān)鍵參數(shù)

3.1 電源參數(shù)

• $V_{CC}$：電源電壓范圍為4.5V至5.5V。
• $V_{IO}$：$V_{IO}$引腳的電源電壓范圍為2.8V至5.5V。
• 欠壓檢測(cè)電壓：$V{CC}$引腳的欠壓檢測(cè)電壓為3.5V至4.5V，$V{IO}$引腳的欠壓檢測(cè)電壓為1.3V至2.7V。

3.2 電流參數(shù)

• $I_{CC}$：待機(jī)模式下電流為10μA至15μA，正常模式下，總線隱性時(shí)電流為2.5mA至10mA，總線顯性時(shí)電流為20mA至70mA。
• $I_{IO}$：$V_{IO}$引腳在待機(jī)模式下電流為5μA至14μA，正常模式下，隱性時(shí)電流為15μA至200μA，顯性時(shí)電流為350μA至1000μA。

3.3 其他參數(shù)

• ESD電壓：CANH和CANL引腳的ESD電壓為±8 kV。
• CAN引腳電壓：CANH和CANL引腳的電壓范圍為±58 V。
• 虛擬結(jié)溫：虛擬結(jié)溫范圍為 - 40°C至 + 150°C。

四、引腳信息

4.1 引腳配置

TJA1042有三種不同的封裝版本，分別是TJA1042T（SO8）、TJA1042T/3（SO8）和TJA1042TK/3（HVSON8），它們的引腳配置有所不同。具體的引腳配置圖可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。

4.2 引腳描述

五、工作模式

5.1 正常模式

當(dāng)STB引腳為低電平時(shí)，收發(fā)器進(jìn)入正常模式。在該模式下，收發(fā)器可以通過(guò)CANH和CANL總線線路發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。差分接收器將總線上的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并輸出到RXD引腳?？偩€線路上輸出信號(hào)的斜率由內(nèi)部控制，以確保最低的電磁輻射。

5.2 待機(jī)模式

當(dāng)STB引腳為高電平時(shí)，收發(fā)器進(jìn)入待機(jī)模式。在該模式下，收發(fā)器無(wú)法通過(guò)總線線路發(fā)送或正確接收數(shù)據(jù)。為了降低電源電流，發(fā)送器和正常模式接收器模塊被關(guān)閉，只有一個(gè)低功耗差分接收器監(jiān)視總線線路的活動(dòng)。低功耗接收器輸出端的喚醒濾波器不會(huì)鎖存總線主導(dǎo)狀態(tài)，只有持續(xù)時(shí)間超過(guò)$t_{fltr(wake)bus}$的總線主導(dǎo)和隱性狀態(tài)才會(huì)反映在RXD引腳上。在待機(jī)模式下，總線線路被偏置到地，以最小化系統(tǒng)電源電流。當(dāng)RXD引腳變?yōu)榈碗娖揭园l(fā)出喚醒請(qǐng)求時(shí)，直到STB引腳被強(qiáng)制為低電平，才會(huì)觸發(fā)向正常模式的轉(zhuǎn)換。

六、故障安全特性

6.1 TXD主導(dǎo)超時(shí)功能

當(dāng)TXD引腳設(shè)置為低電平時(shí)，TXD主導(dǎo)超時(shí)定時(shí)器啟動(dòng)。如果TXD引腳的低電平狀態(tài)持續(xù)時(shí)間超過(guò)$t_{o(dom)TXD}$，發(fā)送器將被禁用，總線線路釋放到隱性狀態(tài)。該功能可防止硬件和/或軟件應(yīng)用故障導(dǎo)致總線線路永久處于主導(dǎo)狀態(tài)，從而阻塞所有網(wǎng)絡(luò)通信。當(dāng)TXD引腳設(shè)置為高電平時(shí)，TXD主導(dǎo)超時(shí)定時(shí)器將被重置。TXD主導(dǎo)超時(shí)時(shí)間還定義了最小可能的比特率為40 kbit/s。

6.2 總線主導(dǎo)超時(shí)功能

在待機(jī)模式下，當(dāng)CAN總線從隱性狀態(tài)變?yōu)橹鲗?dǎo)狀態(tài)時(shí)，“總線主導(dǎo)超時(shí)”定時(shí)器啟動(dòng)。如果總線上的主導(dǎo)狀態(tài)持續(xù)時(shí)間超過(guò)$t_{o(dom)bus}$，RXD引腳將被重置為高電平。該功能可防止由于總線短路或網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)故障導(dǎo)致的鉗位主導(dǎo)總線產(chǎn)生永久喚醒請(qǐng)求。當(dāng)CAN總線從主導(dǎo)狀態(tài)變?yōu)殡[性狀態(tài)時(shí)，總線主導(dǎo)超時(shí)定時(shí)器將被重置。

6.3 TXD和STB輸入引腳的內(nèi)部偏置

TXD和STB引腳具有內(nèi)部上拉到$V_{IO}$的電阻，以確保在這些引腳懸空時(shí)處于安全、定義的狀態(tài)。在所有狀態(tài)下，這些引腳的上拉電流都很低。在待機(jī)模式下，兩個(gè)引腳都應(yīng)保持高電平，以最小化待機(jī)電流。

6.4 $V{CC}$和$V{IO}$引腳的欠壓檢測(cè)

如果$V{CC}$下降到$V{uvd(VCC)}$以下，收發(fā)器將切換到待機(jī)模式，直到$V{CC}$恢復(fù)正常，STB引腳的邏輯狀態(tài)將被忽略。如果$V{IO}$下降到$V{uvd(VIO)}$以下，收發(fā)器將關(guān)閉并與總線分離（零負(fù)載），直到$V{IO}$恢復(fù)正常。

6.5 過(guò)溫保護(hù)

輸出驅(qū)動(dòng)器具有過(guò)溫保護(hù)功能。如果虛擬結(jié)溫超過(guò)關(guān)斷結(jié)溫$T{j(sd)}$，輸出驅(qū)動(dòng)器將被禁用，直到虛擬結(jié)溫降至$T{j(sd)}$以下且TXD變?yōu)殡[性狀態(tài)。包括TXD條件可避免由于溫度漂移導(dǎo)致的輸出驅(qū)動(dòng)器振蕩。

七、SPLIT輸出引腳和$V_{IO}$電源引腳

7.1 SPLIT引腳

TJA1042T版本的SPLIT引腳可與分裂終端網(wǎng)絡(luò)配合使用，有助于穩(wěn)定總線上的隱性電壓電平。在正常模式下，SPLIT引腳提供0.5$V{CC}$的直流輸出電壓。在待機(jī)模式或$V{CC}$關(guān)閉時(shí)，SPLIT引腳處于浮空狀態(tài)。當(dāng)不使用時(shí)，SPLIT引腳應(yīng)保持開路。

7.2 $V_{IO}$電源引腳

TJA1042T/3和TJA1042TK/3版本的$V{IO}$引腳應(yīng)連接到微控制器的電源電壓，以調(diào)整TXD、RXD和STB引腳的信號(hào)電平，使其與微控制器的I/O電平相匹配。$V{IO}$引腳還為收發(fā)器的低功耗差分接收器提供內(nèi)部電源電壓。對(duì)于運(yùn)行在低功耗模式下的應(yīng)用，即使$V{CC}$引腳沒有電源電壓，也可以通過(guò)$V{IO}$引腳監(jiān)視總線線路的活動(dòng)。對(duì)于沒有$V{IO}$引腳的TJA1042版本，$V{IO}$輸入內(nèi)部連接到$V_{CC}$，這使得TXD、RXD和STB引腳的信號(hào)電平與5V微控制器兼容。

八、應(yīng)用信息

8.1 應(yīng)用圖

數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供了TJA1042T與5V微控制器以及TJA1042T/3或TJA1042TK/3與3V微控制器的典型應(yīng)用圖，這些應(yīng)用圖展示了收發(fā)器與微控制器的連接方式以及相關(guān)的外圍電路。

8.2 應(yīng)用提示

更多關(guān)于TJA1042應(yīng)用的詳細(xì)信息可參考恩智浦的應(yīng)用提示AH1014 “Application Hints - Standalone high speed CAN transceiver TJA1042/TJA1043/TJA1048/TJA1051”。

九、測(cè)試信息

9.1 測(cè)試電路

數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供了CAN收發(fā)器的定時(shí)測(cè)試電路和測(cè)量收發(fā)器驅(qū)動(dòng)器對(duì)稱性的測(cè)試電路，這些測(cè)試電路可用于對(duì)TJA1042進(jìn)行性能測(cè)試。

9.2 質(zhì)量信息

TJA1042產(chǎn)品已通過(guò)汽車電子委員會(huì)（AEC）標(biāo)準(zhǔn)Q100 Rev - G的認(rèn)證，適用于汽車應(yīng)用。

十、封裝信息

TJA1042提供SO8和HVSON8兩種封裝。SO8封裝為塑料小外形封裝，有8個(gè)引腳，體寬為3.9 mm；HVSON8封裝為塑料熱增強(qiáng)超薄小外形封裝，無(wú)引腳，有8個(gè)端子，體尺寸為3x3x 0.85 mm。數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供了兩種封裝的詳細(xì)外形尺寸圖和相關(guān)參數(shù)。

十一、焊接信息

11.1 焊接方法概述

焊接是將封裝連接到印刷電路板（PCB）以形成電路的常用方法。常見的焊接方法有波峰焊和回流焊。波峰焊適用于通孔元件和表面貼裝器件（SMD）混合的印刷線路板，但不適用于細(xì)間距SMD?；亓骱高m用于小間距和高密度的封裝，隨著小型化的發(fā)展，回流焊更為常用。

11.2 波峰焊

波峰焊是通過(guò)液態(tài)焊料的駐波來(lái)形成焊點(diǎn)的連接技術(shù)。在波峰焊過(guò)程中，需要注意一些關(guān)鍵特性，如粘合劑和助焊劑的應(yīng)用、引腳的固定、電路板的運(yùn)輸、焊料波參數(shù)以及元件暴露在波中的時(shí)間等。同時(shí)，焊料浴的溫度和雜質(zhì)也會(huì)影響焊接質(zhì)量。

11.3 回流焊

回流焊過(guò)程包括在電路板上涂覆焊膏、放置元件，然后通過(guò)溫度曲線進(jìn)行加熱。在回流焊中，需要考慮鉛焊和無(wú)鉛焊的區(qū)別，無(wú)鉛回流焊通常需要更高的最低峰值溫度，從而減小了工藝窗口。此外，還需要注意焊膏印刷問題，如涂抹、脫模以及為電路板上大小元件混合調(diào)整工藝窗口?；亓鳒囟惹€包括預(yù)熱、回流（將電路板加熱到峰值溫度）和冷卻階段，峰值溫度必須足夠高以確保焊料形成可靠的焊點(diǎn)，同時(shí)又不能過(guò)高以免損壞封裝和/或電路板。不同厚度和體積的封裝，其回流溫度要求也不同，具體可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)中的相關(guān)表格。在整個(gè)焊接過(guò)程中，必須始終遵守包裝上標(biāo)明的濕度敏感性預(yù)防措施。

十二、總結(jié)

TJA1042高速CAN收發(fā)器以其出色的性能、豐富的特性和可靠的保護(hù)機(jī)制，為汽車CAN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇封裝、配置工作模式，并注意焊接等工藝問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，要充分利用其故障安全特性和保護(hù)功能，提高系統(tǒng)的抗干擾能力和容錯(cuò)能力。希望本文對(duì)大家了解和應(yīng)用TJA1042有所幫助，你在使用TJA1042過(guò)程中遇到過(guò)哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。