探索TJA1057高速CAN收發(fā)器：汽車電子的理想之選

在汽車電子領(lǐng)域，高速CAN（Controller Area Network）收發(fā)器扮演著至關(guān)重要的角色，它是連接CAN協(xié)議控制器和物理CAN總線的橋梁。今天，我們就來深入了解NXP推出的TJA1057高速CAN收發(fā)器，看看它有哪些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。

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一、產(chǎn)品概述

TJA1057屬于Mantis系列高速CAN收發(fā)器，專為汽車行業(yè)的高速CAN應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它能夠?yàn)镃AN協(xié)議控制器與物理雙線CAN總線之間提供接口，實(shí)現(xiàn)差分發(fā)送和接收功能。與NXP的第一代和第二代CAN收發(fā)器（如TJA1050）相比，TJA1057在12V汽車應(yīng)用中進(jìn)行了優(yōu)化，具有出色的電磁兼容性（EMC）性能。當(dāng)電源電壓關(guān)閉時(shí)，它對(duì)CAN總線呈現(xiàn)出理想的無源特性。此外，帶有$V_{IO}$引腳的變體可以直接與3.3V至5V的微控制器接口。

TJA1057實(shí)現(xiàn)了ISO 11898 - 2:2024第三版和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5定義的CAN物理層。TJA1057T的數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)1Mbit/s，其他變體還規(guī)定了定義環(huán)路延遲對(duì)稱性的附加定時(shí)參數(shù)，這使得它能夠在CAN FD快速階段以高達(dá)5Mbit/s的數(shù)據(jù)速率實(shí)現(xiàn)可靠通信。TJA1057B和TJA1057C具有更短的傳播延遲，支持更大的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

二、特性與優(yōu)勢(shì)

（一）通用特性

• 標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性：完全符合ISO 11898 - 2:2024、SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5和SAE J1939 - 14標(biāo)準(zhǔn)。
• 優(yōu)化設(shè)計(jì)：專為12V汽車應(yīng)用優(yōu)化，在EMC性能方面有顯著提升。
• 封裝多樣：$V{IO}$和非$V{IO}$變體均提供SO8和無鉛HVSON8（3.0 mm × 3.0 mm）封裝，HVSON8具有改進(jìn)的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）能力。

（二）可預(yù)測(cè)和故障安全行為

• 穩(wěn)定可靠：在所有電源條件下，功能行為可預(yù)測(cè)。
• 自動(dòng)保護(hù)：當(dāng)電源電壓降至欠壓閾值以下時(shí)，收發(fā)器會(huì)從總線斷開（高阻態(tài)）。
• 超時(shí)保護(hù)：具有發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD）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)。
• 內(nèi)部偏置：TXD和S輸入引腳具有內(nèi)部上拉電阻，確保在引腳浮空時(shí)處于安全、定義的狀態(tài)。

（三）保護(hù)功能

• ESD防護(hù)：總線引腳具有高ESD處理能力（8kV IEC和HBM）。
• 瞬態(tài)保護(hù)：總線引腳可防止汽車環(huán)境中的瞬態(tài)干擾。
• 欠壓檢測(cè)：對(duì)$V{CC}$和$V{IO}$引腳進(jìn)行欠壓檢測(cè)。
• 過熱保護(hù)：具有熱保護(hù)功能，防止輸出驅(qū)動(dòng)器因過熱而損壞。

（四）CAN FD支持（適用于除TJA1057T之外的所有產(chǎn)品變體）

• 高速通信：保證數(shù)據(jù)速率高達(dá)5Mbit/s的定時(shí)性能。

三、關(guān)鍵參數(shù)

（一）快速參考數(shù)據(jù)

（二）訂購(gòu)信息

需要注意的是，TJA1057GT(K)/3和TJA1057BT(K)帶有$V_{IO}$引腳，除TJA1057T之外的所有變體都支持CAN FD。

四、功能描述

（一）工作模式

TJA1057支持兩種工作模式：正常模式和靜默模式，通過引腳S進(jìn)行選擇。

• 正常模式：當(dāng)引腳S為低電平時(shí)，選擇正常模式。在這種模式下，收發(fā)器可以通過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)，并在RXD引腳輸出?？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（EME）。
• 靜默模式：當(dāng)引腳S為高電平時(shí)，選擇靜默模式。在靜默模式下，發(fā)送器被禁用，總線引腳釋放到隱性狀態(tài)。其他IC功能（包括接收器）繼續(xù)像在正常模式下一樣工作。靜默模式可用于防止故障的CAN控制器破壞所有網(wǎng)絡(luò)通信。

（二）故障安全特性

• 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。如果該引腳的低電平狀態(tài)持續(xù)時(shí)間超過$t_{o(dom)TXD}$，發(fā)送器將被禁用，總線線路釋放到隱性狀態(tài)。當(dāng)TXD引腳設(shè)置為高電平時(shí)，定時(shí)器復(fù)位。
• TXD和S輸入引腳的內(nèi)部偏置：TXD和S引腳具有內(nèi)部上拉電阻連接到$V{CC}$（或帶有$V{IO}$引腳的變體中的$V_{IO}$），以確保在這些引腳浮空時(shí)處于安全、定義的狀態(tài)。在所有狀態(tài)下，這些引腳都會(huì)有上拉電流流動(dòng)。在靜默模式下，應(yīng)將這兩個(gè)引腳保持為高電平，以最小化電源電流。
• $V{CC}$和$V{IO}$引腳的欠壓檢測(cè)（TJA1057GT(K)/3和TJA1057BT(K)變體）：如果$V{CC}$或$V{IO}$下降到欠壓檢測(cè)電平$V{uvd(VCC)}$ / $V{uvd(VIO)}$以下，收發(fā)器將關(guān)閉并從總線斷開（零負(fù)載；總線引腳浮空），直到電源電壓恢復(fù)。當(dāng)$V{CC}$和$V{IO}$都再次處于其工作范圍內(nèi)，并且TXD已復(fù)位為高電平時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)器將啟用。
• 過熱保護(hù)：輸出驅(qū)動(dòng)器具有過熱保護(hù)功能。如果虛擬結(jié)溫超過關(guān)斷結(jié)溫$T{j(sd)}$，兩個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器將被禁用。當(dāng)虛擬結(jié)溫再次下降到$T{j(sd)}$以下，并且TXD已復(fù)位為高電平時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)器將恢復(fù)工作。
• $V_{IO}$電源引腳（TJA1057GT(K)/3和TJA1057BT(K)變體）：$V{IO}$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TJA1057版本，$V{IO}$輸入內(nèi)部連接到$V{CC}$，TXD、RXD和S引腳的信號(hào)電平設(shè)置為與5V微控制器兼容。

五、應(yīng)用與測(cè)試

（一）應(yīng)用信息

TJA1057所需的最小外部電路如圖4和圖5所示。關(guān)于外部組件和PCB布局要求的更多信息，請(qǐng)參考應(yīng)用提示（第12.2節(jié)）。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的微控制器電壓選擇合適的變體，并注意外部電路的設(shè)計(jì)，以確保收發(fā)器的正常工作。

（二）測(cè)試信息

該產(chǎn)品提供了CAN收發(fā)器定時(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。同時(shí)，該產(chǎn)品已按照汽車電子委員會(huì)（AEC）標(biāo)準(zhǔn)Q100 Rev - G進(jìn)行了資格認(rèn)證，適用于汽車應(yīng)用。在測(cè)試過程中，我們需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試電路進(jìn)行操作，以確保產(chǎn)品的性能符合要求。

六、封裝與焊接

（一）封裝概述

TJA1057提供SO8和HVSON8兩種封裝。SO8是塑料小外形封裝，8引腳，體寬3.9mm；HVSON8是塑料熱增強(qiáng)超薄小外形封裝，無引腳，8個(gè)端子，體尺寸3x3x0.85mm。不同的封裝具有不同的特點(diǎn)和適用場(chǎng)景，我們需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

（二）焊接方法

• 波峰焊：適用于通孔組件、粘貼在印刷電路板表面的有引腳或無引腳SMD。但并非所有SMD都可以進(jìn)行波峰焊，例如帶有焊球的封裝和一些在本體下方有焊盤的無引腳封裝，以及引腳間距小于約0.6mm的有引腳SMD，由于橋接的可能性增加，不能進(jìn)行波峰焊。
• 回流焊：涉及將焊膏涂覆在電路板上，然后放置組件并暴露于溫度曲線。有引腳封裝、帶有焊球的封裝和無引腳封裝都可以進(jìn)行回流焊。在焊接過程中，我們需要注意電路板規(guī)格、封裝尺寸、濕度敏感度等級(jí)、組件放置、檢查和修復(fù)等關(guān)鍵特性，以確保焊接質(zhì)量。

七、總結(jié)

TJA1057高速CAN收發(fā)器憑借其出色的性能、豐富的特性和多樣的封裝選擇，成為汽車行業(yè)高速CAN應(yīng)用的理想選擇。它在電磁兼容性、故障安全特性和CAN FD支持等方面表現(xiàn)優(yōu)異，能夠滿足汽車電子系統(tǒng)對(duì)可靠性和高速通信的要求。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求選擇合適的變體和封裝，并嚴(yán)格按照應(yīng)用和焊接要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作。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(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。