深入解析TJA1051高速CAN收發(fā)器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在汽車電子和工業(yè)自動化等領(lǐng)域，CAN（Controller Area Network）總線以其高可靠性和抗干擾能力而被廣泛應(yīng)用。而TJA1051作為一款高性能的高速CAN收發(fā)器，為CAN協(xié)議控制器與物理CAN總線之間搭建了關(guān)鍵的橋梁。今天，我們就來深入探討一下TJA1051的特性、功能以及在實(shí)際應(yīng)用中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文件下載：TJA1051T,118.pdf

一、TJA1051概述

TJA1051是恩智浦半導(dǎo)體（NXP Semiconductors）推出的第三代高速CAN收發(fā)器，相比前兩代產(chǎn)品如TJA1050，它在電磁兼容性（EMC）和靜電放電（ESD）性能方面有了顯著提升。該收發(fā)器符合ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5標(biāo)準(zhǔn)，能夠在CAN FD快速階段實(shí)現(xiàn)高達(dá)5 Mbit/s的數(shù)據(jù)速率，為高速CAN應(yīng)用提供了可靠的解決方案。

主要特性

1. 兼容性良好：完全符合ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284系列標(biāo)準(zhǔn)，確保了在不同CAN網(wǎng)絡(luò)中的通用性。
2. 高速通信：支持CAN FD快速階段最高5 Mbit/s的數(shù)據(jù)速率，滿足高速數(shù)據(jù)傳輸需求。
3. 低電磁輻射與高抗干擾性：具有低電磁輻射（EME）和高電磁抗干擾性（EMI），能夠在復(fù)雜電磁環(huán)境中穩(wěn)定工作。
4. 多電壓支持：TJA1051T/3和TJA1051TK/3的VIO輸入允許直接與3V至5V的微控制器接口，增強(qiáng)了與不同電源系統(tǒng)的兼容性。
5. 低功耗管理：在各種電源條件下功能行為可預(yù)測，未上電時與總線脫開，實(shí)現(xiàn)零負(fù)載。
6. 全面保護(hù)：具備高ESD處理能力、總線引腳瞬態(tài)保護(hù)、TXD主導(dǎo)超時功能、欠壓檢測和熱保護(hù)等多種保護(hù)機(jī)制，提高了系統(tǒng)的可靠性。

二、產(chǎn)品版本與引腳信息

版本差異

TJA1051有三種版本，主要區(qū)別在于引腳5的功能：

• TJA1051T：與TJA1050向后兼容，適用于需要與舊系統(tǒng)集成的應(yīng)用。
• TJA1051T/3和TJA1051TK/3：允許直接與低至3V電源電壓的微控制器接口，提供了更廣泛的電源選擇。
• TJA1051T/E：支持通過EN引腳將收發(fā)器切換到極低電流的關(guān)斷模式，實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計(jì)。

引腳描述

三、工作模式

TJA1051支持兩種主要工作模式：正常模式和靜音模式，TJA1051T/E還額外支持關(guān)斷模式。這些模式通過引腳S和EN進(jìn)行選擇。

正常模式

當(dāng)引腳S為低電平時，選擇正常模式。在該模式下，收發(fā)器能夠通過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。內(nèi)部對總線輸出信號的斜率進(jìn)行控制，以確保最低的電磁輻射（EME）。

靜音模式

當(dāng)引腳S為高電平時，選擇靜音模式。在靜音模式下，發(fā)送器被禁用，總線引腳釋放到隱性狀態(tài)，而其他IC功能（包括接收器）繼續(xù)正常工作。該模式可用于防止故障的CAN控制器干擾整個網(wǎng)絡(luò)通信。

關(guān)斷模式（僅TJA1051T/E）

當(dāng)引腳EN為低電平時，選擇關(guān)斷模式。在該模式下，整個收發(fā)器被禁用，總線引腳浮空，使收發(fā)器對網(wǎng)絡(luò)的其他部分不可見，從而實(shí)現(xiàn)低功耗。

四、故障安全特性

TXD主導(dǎo)超時功能

當(dāng)TXD引腳設(shè)置為低電平時，啟動“TXD主導(dǎo)超時”定時器。如果TXD引腳的低電平狀態(tài)持續(xù)時間超過to(dom)TXD，則發(fā)送器被禁用，總線線路釋放到隱性狀態(tài)，防止硬件和/或軟件故障導(dǎo)致總線永久處于主導(dǎo)狀態(tài)，阻塞網(wǎng)絡(luò)通信。當(dāng)TXD引腳設(shè)置為高電平時，定時器復(fù)位。該功能還定義了最低可能的比特率為20 kbit/s。

輸入引腳內(nèi)部偏置

TXD引腳內(nèi)部上拉到VIO，S和EN（TJA1051T/E）引腳內(nèi)部下拉到GND，確保在這些引腳浮空時處于安全、定義的狀態(tài)。

欠壓檢測

當(dāng)VCC或VIO引腳的電壓低于各自的欠壓檢測電平（Vuvd(VCC)和Vuvd(VIO)）時，收發(fā)器將關(guān)閉并與總線脫開（零負(fù)載），直到電壓恢復(fù)正常。

過溫保護(hù)

當(dāng)虛擬結(jié)溫超過關(guān)斷結(jié)溫Tj(sd)時，輸出驅(qū)動器將被禁用，直到虛擬結(jié)溫降至Tj(sd)以下且TXD變?yōu)殡[性狀態(tài)。包含TXD條件可避免因溫度漂移導(dǎo)致的輸出驅(qū)動器振蕩。

五、應(yīng)用信息

典型應(yīng)用電路

文檔中給出了TJA1051T/E和TJA1051T/3或TJA1051TK/3的典型應(yīng)用電路示例，展示了如何將收發(fā)器與微控制器和CAN總線連接。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的電源和系統(tǒng)要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

測試信息

提供了CAN收發(fā)器的定時測試電路和測量收發(fā)器驅(qū)動器對稱性的測試電路，有助于工程師進(jìn)行產(chǎn)品的性能測試和驗(yàn)證。

六、封裝與焊接

封裝形式

TJA1051提供SO8和HVSON8兩種封裝形式。SO8封裝為塑料小外形封裝，有8個引腳；HVSON8封裝為塑料熱增強(qiáng)超薄小外形封裝，無引腳，有8個端子，尺寸更小，且具有更好的自動光學(xué)檢測（AOI）能力。

焊接方法

介紹了波峰焊和回流焊兩種常見的焊接方法及其適用場景。波峰焊適用于通孔元件和表面貼裝器件（SMD）混合的印刷電路板，但不適合細(xì)間距SMD；回流焊則適用于小型化、高密度的封裝。在焊接過程中，需要注意電路板規(guī)格、封裝尺寸、濕度敏感度等因素，以確保焊接質(zhì)量。

七、總結(jié)

TJA1051作為一款高性能的高速CAN收發(fā)器，憑借其良好的兼容性、高速通信能力、低功耗管理和全面的保護(hù)機(jī)制，在汽車和工業(yè)自動化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。工程師在設(shè)計(jì)CAN網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的版本和封裝形式，并注意工作模式的選擇和故障安全特性的應(yīng)用。同時，在焊接過程中要遵循相應(yīng)的工藝要求，以確保產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。

你在使用TJA1051的過程中遇到過哪些問題？或者你對CAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)還有哪些疑問？歡迎在評論區(qū)留言討論。