TJA1043高速CAN收發(fā)器：汽車應(yīng)用的理想之選

在汽車電子領(lǐng)域，高速CAN（Controller Area Network）網(wǎng)絡(luò)對于車輛各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信至關(guān)重要。NXP Semiconductors推出的TJA1043高速CAN收發(fā)器，憑借其先進(jìn)的特性和卓越的性能，成為了汽車行業(yè)高速CAN應(yīng)用的理想選擇。下面，我們就來詳細(xì)了解一下這款收發(fā)器。

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一、概述

TJA1043作為第三代高速CAN收發(fā)器，為CAN協(xié)議控制器與物理雙線CAN總線之間提供了可靠的接口。與前兩代產(chǎn)品如TJA1041A相比，它在電磁兼容性（EMC）、靜電放電（ESD）性能、功耗等方面都有顯著提升。該收發(fā)器支持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)傳輸速率，確保了高速CAN網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的可靠通信。

二、特性與優(yōu)勢

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)，確保了與現(xiàn)有CAN網(wǎng)絡(luò)的良好兼容性。
• 高速通信：通過環(huán)路延遲對稱定時，可在CAN FD快速階段實(shí)現(xiàn)高達(dá)5 Mbit/s的數(shù)據(jù)速率，滿足高速通信需求。
• 多系統(tǒng)適配：適用于12 V和24 V系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用范圍。
• 低電磁干擾：低電磁發(fā)射（EME）和高電磁抗擾度（EMI），減少了對周圍電子設(shè)備的干擾。
• 直接接口：(V_{IO})輸入允許直接與3 V和5 V微控制器接口，簡化了電路設(shè)計(jì)。
• 總線穩(wěn)定：SPLIT電壓輸出有助于穩(wěn)定隱性總線電平，提高通信可靠性。
• 診斷模式：支持監(jiān)聽模式，可用于節(jié)點(diǎn)診斷和故障隔離。
• 封裝多樣：提供SO14和HVSON14兩種封裝形式，滿足不同應(yīng)用場景的需求。
• 質(zhì)量認(rèn)證：經(jīng)過AEC - Q100認(rèn)證，符合汽車級標(biāo)準(zhǔn)；同時為暗綠色產(chǎn)品，無鹵素且符合有害物質(zhì)限制（RoHS）要求。

2.2 低功耗管理

TJA1043具有極低電流的待機(jī)和睡眠模式，支持本地、遠(yuǎn)程和主機(jī)喚醒功能，能夠在不影響系統(tǒng)功能的前提下，最大程度地降低功耗。當(dāng)(V_{BAT})缺失時，收發(fā)器會與總線斷開連接（零負(fù)載），并且在所有供電條件下都具有可預(yù)測的功能行為。

2.3 保護(hù)與診斷功能

• ESD防護(hù)：總線引腳具有高ESD處理能力，能夠有效抵御靜電放電的影響。
• 瞬態(tài)保護(hù)：總線引腳和(V_{BAT})受到保護(hù)，可防止汽車環(huán)境中的瞬態(tài)干擾。
• 故障診斷：具備多種診斷功能，如發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD）顯性超時功能、TXD - RXD短路處理、熱保護(hù)、欠壓檢測與恢復(fù)、總線線路短路診斷、總線顯性鉗位診斷和冷啟動診斷等，能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理各種故障。

三、快速參考數(shù)據(jù)

這些數(shù)據(jù)為工程師在設(shè)計(jì)電路時提供了重要的參考依據(jù)，確保了TJA1043在不同工作條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。

四、訂購信息

工程師可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求選擇合適的封裝形式。

五、工作模式

TJA1043支持五種工作模式，通過控制引腳STB_N和EN進(jìn)行選擇。不同的工作模式具有不同的功能特點(diǎn)，以滿足不同的應(yīng)用場景需求。

5.1 正常模式

在正常模式下，收發(fā)器可以通過CANH和CANL總線線路進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。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€引腳的輸出信號斜率由內(nèi)部控制，以確保最低的電磁發(fā)射。同時，INH引腳處于激活狀態(tài)，可控制外部電壓調(diào)節(jié)器。

5.2 監(jiān)聽模式

監(jiān)聽模式下，收發(fā)器的發(fā)射器被禁用，僅接收總線上的數(shù)據(jù)。接收器仍能將CANH和CANL引腳上的模擬總線信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并輸出到RXD引腳?？偩€引腳的偏置和INH引腳的狀態(tài)與正常模式相同。

5.3 待機(jī)模式

待機(jī)模式是TJA1043的一級節(jié)能模式，可降低電流消耗。在該模式下，收發(fā)器無法發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，但低功耗接收器會被激活以監(jiān)測總線活動?？偩€引腳偏置在接地電平，INH引腳仍然激活。

5.4 進(jìn)入睡眠模式

進(jìn)入睡眠模式是進(jìn)入睡眠狀態(tài)的受控途徑。在該模式下，收發(fā)器的行為與待機(jī)模式類似，但會發(fā)出進(jìn)入睡眠的命令。在經(jīng)過最短保持時間(t_{h(min)})后，收發(fā)器將進(jìn)入睡眠模式。

5.5 睡眠模式

睡眠模式是TJA1043的二級節(jié)能模式。當(dāng)(V{CC})或(V{IO})的欠壓檢測時間超過相關(guān)電壓恢復(fù)時間，或者通過進(jìn)入睡眠模式命令進(jìn)入時，收發(fā)器將進(jìn)入睡眠模式。在睡眠模式下，INH引腳浮空，由該引腳控制的電壓調(diào)節(jié)器將關(guān)閉，流入(V_{BAT})引腳的電流將降至最低。

六、內(nèi)部標(biāo)志

TJA1043使用七個內(nèi)部標(biāo)志進(jìn)行故障安全回退模式控制和系統(tǒng)診斷支持。其中五個標(biāo)志可以通過ERR_N引腳由控制器進(jìn)行輪詢，具體標(biāo)志及其功能如下：

6.1 (UV_{NOM})標(biāo)志

(UV{NOM})是(V{CC})和(V{IO})欠壓檢測標(biāo)志。當(dāng)(V{CC})或(V_{IO})引腳的電壓低于欠壓檢測電壓且持續(xù)時間超過欠壓檢測時間時，該標(biāo)志將被設(shè)置。此時，收發(fā)器將進(jìn)入睡眠模式以節(jié)省功率并確?？偩€不受干擾。當(dāng)滿足特定條件時，該標(biāo)志將被清除，電壓調(diào)節(jié)器將重新激活。

6.2 (UV_{BAT})標(biāo)志

(UV{BAT})是(V{BAT})欠壓檢測標(biāo)志。當(dāng)(V{BAT})引腳的電壓低于欠壓檢測電壓時，該標(biāo)志將被設(shè)置，收發(fā)器將嘗試進(jìn)入待機(jī)模式以節(jié)省功率并與總線斷開連接。當(dāng)(V{BAT})電壓恢復(fù)時，該標(biāo)志將被清除。

6.3 Pwon標(biāo)志

Pwon是(V{BAT})上電標(biāo)志。當(dāng)(V{BAT})引腳的電壓在之前低于欠壓檢測電壓后恢復(fù)時，該標(biāo)志將被設(shè)置。設(shè)置該標(biāo)志會清除(UV_{NOM})標(biāo)志和定時器，確保系統(tǒng)在所有供電條件下的一致上電。在監(jiān)聽模式下，該標(biāo)志可以通過ERR_N引腳進(jìn)行輪詢。

6.4 Wake標(biāo)志

Wake標(biāo)志在收發(fā)器檢測到本地或遠(yuǎn)程喚醒請求時被設(shè)置。本地喚醒請求通過WAKE引腳的邏輯電平變化檢測，新電平需保持穩(wěn)定至少(t{wake})時間。該標(biāo)志可以在待機(jī)、進(jìn)入睡眠或睡眠模式下設(shè)置，設(shè)置后會清除(UV{NOM})標(biāo)志和定時器。

6.5 遠(yuǎn)程喚醒

當(dāng)總線上檢測到符合ISO 11898 - 2:2016規(guī)定的專用喚醒模式時，TJA1043可以從待機(jī)或睡眠模式中喚醒。該喚醒模式由特定的顯性和隱性相位組成，并且必須在(t_{o(wake)bus})時間內(nèi)完整接收才能被識別為有效喚醒模式。

6.6 喚醒源標(biāo)志

喚醒源標(biāo)志在通過WAKE引腳的本地喚醒請求設(shè)置Wake標(biāo)志時被設(shè)置。在正常模式下，可以通過ERR_N引腳對該標(biāo)志進(jìn)行輪詢。

6.7 總線故障標(biāo)志

當(dāng)收發(fā)器在嘗試驅(qū)動總線線路為顯性狀態(tài)時，在TXD引腳的四個連續(xù)顯性 - 隱性周期內(nèi)檢測到總線線路短路到(V{BAT})、(V{CC})或GND的情況時，總線故障標(biāo)志將被設(shè)置。在正常模式下，可以通過ERR_N引腳對該標(biāo)志進(jìn)行輪詢。

6.8 本地故障標(biāo)志

在正常和監(jiān)聽模式下，收發(fā)器可以區(qū)分四種不同的本地故障事件，包括TXD顯性鉗位、TXD - RXD短路、總線顯性鉗位和過溫事件。任何一種故障事件都會導(dǎo)致本地故障標(biāo)志被設(shè)置，該標(biāo)志可以在監(jiān)聽模式下通過ERR_N引腳進(jìn)行輪詢。

七、本地故障檢測

TJA1043能夠檢測四種不同的本地故障條件，以確保系統(tǒng)的可靠性。

7.1 TXD顯性超時功能

如果TXD引腳持續(xù)為低電平（由于硬件或軟件應(yīng)用故障），會導(dǎo)致CAN總線進(jìn)入永久顯性狀態(tài)，從而阻塞所有網(wǎng)絡(luò)通信。TXD顯性超時功能通過在TXD引腳持續(xù)低電平超過TXD顯性超時時間(t_{o(dom)TXD})時禁用發(fā)射器，防止網(wǎng)絡(luò)鎖定。

7.2 TXD - RXD短路檢測

RXD和TXD引腳之間的短路會導(dǎo)致總線在被驅(qū)動為顯性狀態(tài)后鎖定在永久顯性狀態(tài)。TXD - RXD短路檢測功能通過禁用發(fā)射器來防止這種網(wǎng)絡(luò)鎖定。

7.3 總線顯性超時功能

CAN總線短路（到(V{BAT})、(V{CC})或GND）或其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障可能導(dǎo)致總線上的差分電壓足夠高，代表總線處于顯性狀態(tài)?？偩€顯性鉗位檢測功能可以檢測到這種故障，并設(shè)置本地故障標(biāo)志。

7.4 過溫檢測

如果結(jié)溫過高，發(fā)射器將及時關(guān)閉，以保護(hù)輸出驅(qū)動器免受過熱影響，同時不影響最大工作溫度。

八、引腳功能

8.1 SPLIT引腳

SPLIT引腳與分裂終端網(wǎng)絡(luò)配合使用，可以幫助穩(wěn)定總線上的隱性電壓電平，減少具有接地直流泄漏的網(wǎng)絡(luò)中的電磁發(fā)射。在正常和監(jiān)聽模式下，SPLIT引腳提供0.5(V_{CC})的直流輸出電壓；在待機(jī)、進(jìn)入睡眠和睡眠模式下，該引腳浮空。

8.2 (V_{IO})供電引腳

(V_{IO})引腳應(yīng)連接到微控制器的供電電壓，使TXD、RXD、STB_N、EN和ERR_N引腳的信號電平與微控制器的I/O電平相匹配，無需額外的邏輯電路即可實(shí)現(xiàn)直接接口。

8.3 WAKE引腳

WAKE引腳的低 - 高或高 - 低電平轉(zhuǎn)換可以觸發(fā)本地喚醒事件，為本地喚醒電路的設(shè)計(jì)提供了最大的靈活性。為了最小化電流消耗，內(nèi)部偏置電壓會在延遲(t{wake})后跟隨引腳的邏輯狀態(tài)。在不使用本地喚醒功能的應(yīng)用中，建議將WAKE引腳連接到(V{BAT})或GND以確保最佳的EMI性能。

九、應(yīng)用與測試

9.1 應(yīng)用信息

TJA1043的典型應(yīng)用圖展示了其與3 V微控制器的連接方式。此外，NXP的應(yīng)用提示AH1014提供了關(guān)于TJA1043應(yīng)用的更多信息。

9.2 測試信息

文檔中還提供了接收器的滯后特性、時序特性測試電路以及測量收發(fā)器驅(qū)動器對稱性的測試電路等信息，為工程師進(jìn)行產(chǎn)品測試提供了指導(dǎo)。

十、總結(jié)

TJA1043高速CAN收發(fā)器憑借其先進(jìn)的特性、卓越的性能和豐富的功能，為汽車行業(yè)的高速CAN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供了可靠的解決方案。其低功耗管理、保護(hù)與診斷功能以及多種工作模式，能夠滿足不同應(yīng)用場景的需求，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。如果你正在進(jìn)行汽車電子相關(guān)的設(shè)計(jì)，不妨考慮一下TJA1043，相信它會給你帶來意想不到的效果。你在使用CAN收發(fā)器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。