探索TJA1042高速CAN收發(fā)器：特性、應用與設(shè)計要點

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應用而設(shè)計，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。它還具有理想的無源特性，在電源電壓關(guān)閉時對CAN總線呈現(xiàn)零負載；具備低電流待機模式，并支持通過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5 Mbit/s的數(shù)據(jù)速率實現(xiàn)可靠通信。

二、特性與優(yōu)勢

2.1 通用特性

• 標準兼容性：符合ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5標準，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5 Mbit/s的定時準確性，滿足高速通信需求。
• 電源適應性：適用于12V和24V系統(tǒng)，具有廣泛的電源適應性。
• 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)計的靈活性。
• 封裝選擇：提供SO8和無鉛HVSON8（3.0 mm × 3.0 mm）封裝，其中HVSON8封裝具有更好的自動光學檢測（AOI）能力。
• 環(huán)保特性：符合無鹵和有害物質(zhì)限制（RoHS）標準，是綠色環(huán)保產(chǎn)品。
• 汽車級認證：通過AEC - Q100認證，適用于汽車應用。

2.2 可預測和故障安全特性

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

2.3 保護特性

• ESD保護：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。
• 瞬態(tài)保護：總線引腳針對汽車環(huán)境中的瞬態(tài)干擾進行了保護，提高了系統(tǒng)的可靠性。
• 熱保護：具備熱保護功能，防止輸出驅(qū)動器因過熱而損壞。

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。
• 欠壓檢測電壓：$V{CC}$引腳的欠壓檢測電壓為3.5V至4.5V，$V{IO}$引腳的欠壓檢測電壓為1.3V至2.7V。

3.2 電流參數(shù)

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

4.2 引腳描述

五、工作模式

5.1 正常模式

當STB引腳為低電平時，收發(fā)器進入正常模式。在該模式下，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)字數(shù)據(jù)，并輸出到RXD引腳。總線線路上輸出信號的斜率由內(nèi)部控制，以確保最低的電磁輻射。

5.2 待機模式

當STB引腳為高電平時，收發(fā)器進入待機模式。在該模式下，收發(fā)器無法通過總線線路發(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，只有一個低功耗差分接收器監(jiān)視總線線路的活動。低功耗接收器輸出端的喚醒濾波器不會鎖存總線主導狀態(tài)，只有持續(xù)時間超過$t_{fltr(wake)bus}$的總線主導和隱性狀態(tài)才會反映在RXD引腳上。在待機模式下，總線線路被偏置到地，以最小化系統(tǒng)電源電流。當RXD引腳變?yōu)榈碗娖揭园l(fā)出喚醒請求時，直到STB引腳被強制為低電平，才會觸發(fā)向正常模式的轉(zhuǎn)換。

六、故障安全特性

6.1 TXD主導超時功能

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

6.2 總線主導超時功能

在待機模式下，當CAN總線從隱性狀態(tài)變?yōu)橹鲗顟B(tài)時，“總線主導超時”定時器啟動。如果總線上的主導狀態(tài)持續(xù)時間超過$t_{o(dom)bus}$，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)點故障導致的鉗位主導總線產(chǎn)生永久喚醒請求。當CAN總線從主導狀態(tài)變?yōu)殡[性狀態(tài)時，總線主導超時定時器將被重置。

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。在待機模式下，兩個引腳都應保持高電平，以最小化待機電流。

6.4 $V{CC}$和$V{IO}$引腳的欠壓檢測

如果$V{CC}$下降到$V{uvd(VCC)}$以下，收發(fā)器將切換到待機模式，直到$V{CC}$恢復正常，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（零負載），直到$V{IO}$恢復正常。

6.5 過溫保護

輸出驅(qū)動器具有過溫保護功能。如果虛擬結(jié)溫超過關(guān)斷結(jié)溫$T{j(sd)}$，輸出驅(qū)動器將被禁用，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致的輸出驅(qū)動器振蕩。

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。在待機模式或$V{CC}$關(guān)閉時，SPLIT引腳處于浮空狀態(tài)。當不使用時，SPLIT引腳應保持開路。

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。對于運行在低功耗模式下的應用，即使$V{CC}$引腳沒有電源電壓，也可以通過$V{IO}$引腳監(jiān)視總線線路的活動。對于沒有$V{IO}$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引腳的信號電平與5V微控制器兼容。

八、應用信息

8.1 應用圖

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

8.2 應用提示

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

九、測試信息

9.1 測試電路

數(shù)據(jù)手冊中提供了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，這些測試電路可用于對TJA1042進行性能測試。

9.2 質(zhì)量信息

TJA1042產(chǎn)品已通過汽車電子委員會（AEC）標準Q100 Rev - G的認證，適用于汽車應用。

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個引腳，體寬為3.9 mm；HVSON8封裝為塑料熱增強超薄小外形封裝，無引腳，有8個端子，體尺寸為3x3x 0.85 mm。數(shù)據(jù)手冊中提供了兩種封裝的詳細外形尺寸圖和相關(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

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

11.3 回流焊

回流焊過程包括在電路板上涂覆焊膏、放置元件，然后通過溫度曲線進行加熱。在回流焊中，需要考慮鉛焊和無鉛焊的區(qū)別，無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，同時又不能過高以免損壞封裝和/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)手冊中的相關(guān)表格。在整個焊接過程中，必須始終遵守包裝上標明的濕度敏感性預防措施。

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機制，為汽車CAN網(wǎng)絡(luò)應用提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在設(shè)計過程中，工程師需要根據(jù)具體的應用需求，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，要充分利用其故障安全特性和保護功能，提高系統(tǒng)的抗干擾能力和容錯能力。希望本文對大家了解和應用TJA1042有所幫助，你在使用TJA1042過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。