高性能TJA1051高速CAN收發(fā)器深度解析

在汽車電子和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域，CAN（Controller Area Network）總線以其高可靠性和實(shí)時(shí)性被廣泛應(yīng)用。NXP Semiconductors推出的TJA1051高速CAN收發(fā)器，憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為眾多應(yīng)用的理想選擇。下面我們就來(lái)深入了解這款產(chǎn)品。

文件下載：TJA1051T 3 CM,118.pdf

一、TJA1051概述

TJA1051是一款高速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。該產(chǎn)品屬于恩智浦半導(dǎo)體第三代高速CAN收發(fā)器，相較于第一代和第二代設(shè)備（如TJA1050）有顯著改進(jìn)。它實(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)，確保了在不同系統(tǒng)中的兼容性和互操作性。
• 高速通信：保證CAN FD快速階段數(shù)據(jù)速率高達(dá)5 Mbit/s的定時(shí)，滿足高速數(shù)據(jù)傳輸需求。
• 系統(tǒng)適用性：適用于12 V和24 V系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用范圍。
• 電磁性能：低電磁發(fā)射（EME）和高電磁抗擾度（EMI），有效減少電磁干擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
• 接口靈活性：TJA1051T/3和TJA1051TK/3的VIO輸入允許直接與3 V至5 V微控制器接口，而TJA1051T/E的EN輸入可讓微控制器將收發(fā)器切換到極低電流的關(guān)閉模式。
• 封裝優(yōu)勢(shì)：提供SO8和無(wú)引腳HVSON8（3.0 mm × 3.0 mm）封裝，HVSON8封裝具有改進(jìn)的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）能力。
• 環(huán)保合規(guī)：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，并且通過(guò)了AEC - Q100認(rèn)證，適用于汽車應(yīng)用。

2.2 低功耗管理

在所有供電條件下，TJA1051的功能行為可預(yù)測(cè)。當(dāng)未上電時(shí)，收發(fā)器會(huì)與總線斷開連接（零負(fù)載），有效降低功耗。

2.3 保護(hù)功能

• 靜電放電保護(hù)：總線引腳具有高靜電放電（ESD）處理能力，能有效防止靜電對(duì)設(shè)備的損壞。
• 瞬態(tài)保護(hù)：總線引腳可抵御汽車環(huán)境中的瞬態(tài)干擾，增強(qiáng)設(shè)備的可靠性。
• TXD主導(dǎo)超時(shí)功能：當(dāng)TXD引腳設(shè)置為低電平時(shí)，啟動(dòng)“TXD主導(dǎo)超時(shí)”定時(shí)器。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)射器將被禁用，使總線線路恢復(fù)到隱性狀態(tài)，防止硬件和/或軟件應(yīng)用故障導(dǎo)致總線線路處于永久顯性狀態(tài)，從而阻塞所有網(wǎng)絡(luò)通信。
• 欠壓檢測(cè)：對(duì)引腳 (V{CC}) 和 (V{IO}) 進(jìn)行欠壓檢測(cè)，當(dāng)電壓低于各自的欠壓檢測(cè)水平時(shí)，收發(fā)器將關(guān)閉并與總線斷開連接，直到電壓恢復(fù)正常。
• 過(guò)熱保護(hù)：輸出驅(qū)動(dòng)器具有過(guò)熱保護(hù)功能，當(dāng)虛擬結(jié)溫超過(guò)關(guān)斷結(jié)溫 (T{j(sd)}) 時(shí)，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再次變?yōu)殡[性狀態(tài)，避免因溫度漂移導(dǎo)致輸出驅(qū)動(dòng)器振蕩。

三、關(guān)鍵數(shù)據(jù)

3.1 快速參考數(shù)據(jù)

3.2 極限值

在使用TJA1051時(shí)，需要注意其極限值，以確保設(shè)備的安全和正常運(yùn)行。例如，CANH和CANL引腳的電壓范圍為 - 58 V至 + 58 V，靜電放電電壓在CANH和CANL引腳為 - 8 kV至 + 8 kV等。

3.3 熱特性

不同封裝的TJA1051熱阻不同，SO8封裝在自由空氣中的熱阻為155 K/W，HVSON8封裝在自由空氣中的熱阻為55 K/W。熱阻的大小會(huì)影響設(shè)備的散熱性能，在設(shè)計(jì)散熱方案時(shí)需要考慮。

3.4 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性

靜態(tài)特性包括電源電壓、電流、輸入輸出電壓和電流等參數(shù)，動(dòng)態(tài)特性則涉及收發(fā)器的時(shí)序參數(shù)，如延遲時(shí)間、位寬等。這些參數(shù)對(duì)于確保CAN總線的正常通信至關(guān)重要。

四、訂購(gòu)信息

TJA1051有多種型號(hào)可供選擇，不同型號(hào)的區(qū)別主要在于引腳功能。例如，TJA1051T/3和TJA1051TK/3帶有VIO引腳，可直接與3 V至5 V微控制器接口；TJA1051T/E帶有EN引腳，可實(shí)現(xiàn)極低電流的關(guān)閉模式。

五、引腳信息

5.1 引腳配置

TJA1051不同型號(hào)的引腳配置有所不同，如TJA1051T、TJA1051T/E、TJA1051T/3采用SO8封裝，TJA1051TK/3采用HVSON8封裝。具體引腳配置可參考文檔中的引腳配置圖。

5.2 引腳描述

六、功能描述

6.1 工作模式

TJA1051支持正常和靜音兩種工作模式，通過(guò)引腳S進(jìn)行選擇。TJA1051T/E還支持額外的關(guān)閉模式，通過(guò)引腳EN進(jìn)行選擇。

• 正常模式：引腳S為低電平時(shí)選擇正常模式。在該模式下，收發(fā)器能夠通過(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。總線線路上輸出信號(hào)的斜率由內(nèi)部控制，以確保最低的電磁發(fā)射（EME）。
• 靜音模式：引腳S為高電平時(shí)選擇靜音模式。在靜音模式下，發(fā)射器被禁用，總線引腳恢復(fù)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控制器干擾所有網(wǎng)絡(luò)通信。
• 關(guān)閉模式：TJA1051T/E的引腳EN為低電平時(shí)選擇關(guān)閉模式。在關(guān)閉模式下，整個(gè)收發(fā)器被禁用，微控制器在不需要CAN通信時(shí)可以節(jié)省功率。此時(shí)總線引腳處于浮空狀態(tài)，收發(fā)器對(duì)網(wǎng)絡(luò)的其他部分不可見。

6.2 故障安全特性

• TXD主導(dǎo)超時(shí)功能：防止硬件和/或軟件故障導(dǎo)致總線線路永久處于顯性狀態(tài)，確保網(wǎng)絡(luò)通信的正常進(jìn)行。
• 內(nèi)部偏置：TXD引腳內(nèi)部上拉至 (V_{IO}) ，S和EN（TJA1051T/E）引腳內(nèi)部下拉至GND，確保在引腳浮空時(shí)處于安全、定義的狀態(tài)。
• 欠壓檢測(cè)：當(dāng) (V{CC}) 或 (V{IO}) 低于各自的欠壓檢測(cè)水平時(shí)，收發(fā)器將關(guān)閉并與總線斷開連接，直到電壓恢復(fù)正常。
• 過(guò)熱保護(hù)：保護(hù)輸出驅(qū)動(dòng)器免受過(guò)熱影響，避免因溫度漂移導(dǎo)致輸出驅(qū)動(dòng)器振蕩。

6.3 (V_{IO}) 電源引腳

TJA1051有三種版本，僅在一個(gè)引腳功能上有所不同。TJA1051T/3和TJA1051TK/3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S引腳的信號(hào)電平，使其與微控制器的I/O電平兼容。對(duì)于沒有 (V{IO}) 引腳的版本， (V{IO}) 輸入內(nèi)部連接到 (V{CC}) ，使信號(hào)電平與5 V微控制器兼容。

七、應(yīng)用信息

7.1 應(yīng)用圖

文檔中提供了TJA1051T/E和TJA1051T/3或TJA1051TK/3的典型應(yīng)用圖，可幫助工程師更好地理解如何將TJA1051應(yīng)用到實(shí)際電路中。

7.2 應(yīng)用提示

更多關(guān)于TJA1051應(yīng)用的信息可參考恩智浦應(yīng)用提示AH1014 “獨(dú)立高速CAN收發(fā)器TJA1042/TJA1043/TJA1048/TJA1051”。

八、測(cè)試信息

文檔中提供了CAN收發(fā)器的時(shí)序測(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，可用于對(duì)TJA1051進(jìn)行性能測(cè)試。同時(shí)，該產(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。

九、封裝信息

TJA1051提供SO8和HVSON8兩種封裝，文檔中詳細(xì)給出了兩種封裝的尺寸和相關(guān)參數(shù)，方便工程師進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。

十、處理和焊接信息

10.1 處理信息

在正常處理過(guò)程中，所有輸入和輸出引腳都具有靜電放電（ESD）保護(hù)。在處理時(shí)，應(yīng)按照J(rèn)ESD625 - A或等效標(biāo)準(zhǔn)采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。

10.2 焊接信息

文檔介紹了SMD封裝的焊接方法，包括波峰焊和回流焊。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。同時(shí)，還給出了不同封裝在不同焊接工藝下的注意事項(xiàng)和溫度曲線要求。

十一、總結(jié)

TJA1051高速CAN收發(fā)器憑借其高性能、豐富的功能和良好的兼容性，在汽車電子和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇合適的型號(hào)和封裝，并注意其電氣參數(shù)、工作模式、保護(hù)功能等方面的要求，同時(shí)遵循正確的處理和焊接方法，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。你在使用TJA1051的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。