UJA1075A高速CAN/LIN核心系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片：汽車電子應(yīng)用的理想之選

一、引言

在汽車電子領(lǐng)域，電子控制單元（ECU）的設(shè)計離不開各種基礎(chǔ)組件。NXP的UJA1075A高速CAN/LIN核心系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC），為ECU設(shè)計帶來了集成化的解決方案，它將多種常用功能集成于一體，提升了系統(tǒng)的可靠性和性能。接下來，我們就詳細了解一下這款芯片。

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二、芯片概述

2.1 基本功能

UJA1075A SBC替代了電子控制單元（ECU）中常見的基本分立組件，具備高速控制器局域網(wǎng)（CAN）和本地互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）接口。它以高速CAN作為主網(wǎng)絡(luò)接口，LIN接口作為本地子總線，支持用于控制電源和傳感器外設(shè)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

芯片集成了以下設(shè)備：

• 高速CAN收發(fā)器：與CAN收發(fā)器TJA1042互操作且向下兼容，符合ISO 11898 - 2和ISO 11898 - 5標準。
• LIN收發(fā)器：符合LIN 2.1、LIN 2.0和SAE J2602標準，且與LIN 1.3兼容。
• 高級獨立看門狗（UJA1075A/xx/WD版本）：提供額外的系統(tǒng)安全性。
• 250 mA電壓調(diào)節(jié)器：為微控制器供電，可通過外部PNP晶體管擴展以增加電流能力和散熱分布。
• 獨立的CAN收發(fā)器電壓調(diào)節(jié)器：為片上CAN收發(fā)器供電。
• 串行外設(shè)接口（SPI）：全雙工通信接口。
• 2個本地喚醒輸入端口：用于喚醒系統(tǒng)。
• 跛行回家輸出端口：在系統(tǒng)嚴重故障時激活特定的“跛行回家”硬件。

2.2 系統(tǒng)優(yōu)勢

除了集成常見的ECU功能外，UJA1075A還提供了特定于系統(tǒng)的智能功能組合，如先進的低功耗概念、安全可控的系統(tǒng)啟動行為以及系統(tǒng)和子系統(tǒng)級別的詳細狀態(tài)報告。它與包含CAN控制器的微控制器配合使用，確保微控制器始終以可控的方式啟動。

三、芯片特性與優(yōu)勢

3.1 通用特性

• 功能集成：包含全套CAN和LIN ECU功能，如CAN收發(fā)器和LIN收發(fā)器。
• 電壓調(diào)節(jié)：可擴展的3.3 V或5 V電壓調(diào)節(jié)器，為微控制器和外圍電路提供高達250 mA的電流，還可連接外部PNP晶體管以實現(xiàn)更好的PCB散熱分布；為CAN收發(fā)器提供獨立的5 V電壓調(diào)節(jié)器。
• 看門狗功能：具備窗口和超時模式的看門狗，以及片上振蕩器。
• SPI接口：用于與微控制器ECU電源管理系統(tǒng)通信。
• 汽車應(yīng)用設(shè)計：增強的電磁兼容性（EMC）性能，CAN/LIN總線引腳和喚醒引腳具有±8 kV靜電放電（ESD）保護（人體模型HBM）和±6 kV ESD保護（IEC 61000 - 4 - 2），CAN/LIN總線引腳具有±58 V短路保護，電池和CAN/LIN總線引腳符合ISO 7637 - 3的瞬態(tài)保護，支持通過CAN總線進行遠程閃存編程。
• 封裝優(yōu)勢：采用6.1 mm × 11 mm HTSSOP32封裝，熱阻低，無鉛，符合有害物質(zhì)限制指令（RoHS）和環(huán)保要求。

3.2 CAN收發(fā)器特性

• 標準兼容：符合ISO 11898 - 2和ISO 11898 - 5的高速CAN收發(fā)器。
• 獨立電壓調(diào)節(jié)：為CAN總線提供專用的低壓差電壓調(diào)節(jié)器，獨立于微控制器電源，顯著提高EMC性能。
• 斷電浮地：電源關(guān)閉時，總線連接真正浮地。
• SPLIT輸出引腳：用于穩(wěn)定隱性總線電平。

3.3 LIN收發(fā)器特性

• 標準兼容：符合LIN 2.1標準，兼容SAE J2602，向下兼容LIN 2.0和LIN 1.3。
• 低斜率模式：優(yōu)化EMC性能。
• 集成終端二極管：在DLIN引腳集成LIN終端二極管。

3.4 電源管理特性

• 喚醒功能：可通過CAN、LIN或本地喚醒引腳喚醒，具備喚醒源檢測功能。兩個喚醒引腳（WAKE1和WAKE2）可關(guān)閉以減少電流流動，輸出信號（WBIAS）用于偏置喚醒引腳，采樣時間可選16 ms或64 ms。
• 低功耗模式：具有極低待機電流和完全喚醒能力的待機模式，V1保持對微控制器的供電；具有極低睡眠電流和完全喚醒能力的睡眠模式。

3.5 控制和診斷特性

• 安全可靠：在所有條件下都具有安全可預(yù)測的行為。
• 可編程看門狗：具有獨立時鐘源，支持窗口、超時（可選循環(huán)喚醒）和關(guān)閉模式，中斷時自動重新啟用。
• SPI接口：16位串行外設(shè)接口（SPI）用于配置、控制和診斷。
• 全局使能輸出：用于控制安全關(guān)鍵硬件。
• 跛行回家輸出：在系統(tǒng)嚴重故障時激活特定的“跛行回家”硬件。
• 過熱保護：過熱時自動關(guān)閉。
• 中斷輸出引腳：可單獨配置中斷，以信號V1/V2欠壓、CAN/LIN/本地喚醒以及循環(huán)和上電中斷事件。
• 雙向復(fù)位引腳：具有可變的上電復(fù)位長度，支持多種微控制器。
• 軟件復(fù)位：可通過軟件發(fā)起系統(tǒng)復(fù)位。

3.6 電壓調(diào)節(jié)器特性

• 主電壓調(diào)節(jié)器V1：為微控制器、其外設(shè)和額外的外部收發(fā)器供電，精度為±2 %，有3.3 V和5 V版本可選，最大輸出電流250 mA，可與外部PNP晶體管結(jié)合以實現(xiàn)更好的PCB散熱分布，可選擇外部PNP晶體管開始提供電流的電流閾值，在標稱輸出電壓的90 %時發(fā)出欠壓警告，在90 %或70 %時進行欠壓復(fù)位，可在低至4.5 V的 (V_{BAT}) 電壓下工作（如啟動期間），符合ISO 7637脈沖4/4b和ISO 16750 - 2標準，在所有條件下輸出穩(wěn)定。
• CAN收發(fā)器電壓調(diào)節(jié)器V2：為片上高速CAN收發(fā)器提供專用電壓調(diào)節(jié)，在標稱輸出電壓的90 %時發(fā)出欠壓警告，可關(guān)閉，CAN收發(fā)器可由V1或外部電壓調(diào)節(jié)器供電，可在低至5.5 V的 (V_{BAT}) 電壓下工作（如啟動期間），符合ISO 7637脈沖4標準，在所有條件下輸出穩(wěn)定。

四、訂購信息

五、引腳信息

5.1 引腳配置

芯片的引腳配置有明確的定義，具體引腳圖可參考文檔中的相關(guān)圖示。

5.2 引腳描述

芯片封裝底部的暴露管芯焊盤可通過印刷電路板實現(xiàn)更好的散熱，該焊盤不連接到IC的任何有源部分，可以懸空或連接到GND。

六、功能描述

6.1 系統(tǒng)控制器

6.1.1 簡介

系統(tǒng)控制器管理寄存器配置并控制SBC的內(nèi)部功能，收集詳細的設(shè)備狀態(tài)信息并呈現(xiàn)給微控制器，還提供復(fù)位和中斷信號。它是一個狀態(tài)機，SBC的操作模式及其轉(zhuǎn)換觸發(fā)方式如圖所示。

6.1.2 關(guān)閉模式

當(dāng)電池供電低于斷電檢測閾值（ ((V{th(det)poff })) ）時，SBC從所有其他模式切換到關(guān)閉模式。在關(guān)閉模式下，電壓調(diào)節(jié)器禁用，總線系統(tǒng)處于高阻狀態(tài)，CAN總線引腳浮地。當(dāng)電池供電高于上電檢測閾值（ (( V{th(det)pon) }) ）時，SBC進入待機模式，并執(zhí)行系統(tǒng)復(fù)位（復(fù)位脈沖寬度為 (t_{w(r s t)}) ，長或短）。

6.1.3 待機模式

SBC進入待機模式的情況包括：從關(guān)閉模式，當(dāng) (V{BAT}) 高于上電檢測閾值；從睡眠模式，發(fā)生CAN、LIN或本地喚醒事件；從過熱模式，芯片溫度低于過熱保護釋放閾值 (T{th(rel)otp }) ；從正常模式，位MC設(shè)置為00或執(zhí)行系統(tǒng)復(fù)位。在待機模式下，V1開啟，CAN和LIN收發(fā)器可以處于低功耗狀態(tài)（低功耗模式； (STBCC/STBCL =1) ）并啟用總線喚醒檢測，或者完全關(guān)閉（關(guān)閉模式； (STBCC/STBCL = 0) ）。看門狗可以在超時模式或關(guān)閉模式下運行，具體取決于WDOFF引腳的狀態(tài)和看門狗模式控制位（WMC）在WD_andStatus寄存器中的設(shè)置。SBC退出待機模式的情況包括：選擇正常模式（位MC設(shè)置為10或11）；選擇睡眠模式（位MC設(shè)置為01）；芯片溫度高于過熱保護激活閾值 (T{th(act)otp }) ，進入過熱模式。

6.1.4 正常模式

通過將ModeControl寄存器中的位MC設(shè)置為10（V2禁用）或11（V2啟用），從待機模式選擇正常模式。在正常模式下，CAN物理層啟用（活動模式； (STBCC = 0) ）或處于低功耗狀態(tài)（低功耗模式； (STBCC = 1) ）并激活總線喚醒檢測；LIN物理層啟用（活動模式； (STBCL = 0) ）或處于低功耗狀態(tài)（低功耗模式； (STBCL = 1) ）并激活總線喚醒檢測。SBC退出正常模式的情況包括：選擇待機模式（位MC設(shè)置為00）；選擇睡眠模式（位MC設(shè)置為01）；生成系統(tǒng)復(fù)位（進入待機模式）；芯片溫度高于OTP激活閾值 (T{th(act)otp }) ，切換到過熱模式。

6.1.5 睡眠模式

通過將Mode_Control寄存器中的位MC設(shè)置為01，從待機模式或正常模式選擇睡眠模式。進入睡眠模式的條件是沒有待處理的中斷（引腳INTN = HIGH）或喚醒事件，并且至少有一個喚醒源（CAN、LIN或WAKE）啟用。如果不滿足這些條件而嘗試進入睡眠模式，將導(dǎo)致短復(fù)位（最小脈沖寬度3.6 ms）。在睡眠模式下，V1和V2關(guān)閉，總線收發(fā)器關(guān)閉（關(guān)閉模式； (STBCC/STBCL = 0) ）或處于低功耗狀態(tài)（低功耗模式； (STBCC/STBCL = 1) ）并激活總線喚醒檢測，看門狗關(guān)閉，復(fù)位引腳為LOW。CAN、LIN或本地喚醒事件將使SBC從睡眠模式切換到待機模式，并生成系統(tǒng)復(fù)位（短或長），模式控制位（MC）的值將更改為00，V1將啟用。

6.1.6 過熱模式

當(dāng)芯片溫度超過過熱保護激活閾值 (T{th(act)otp }) 時，SBC從正常模式或待機模式進入過熱模式。在過熱模式下，電壓調(diào)節(jié)器關(guān)閉，總線系統(tǒng)處于高阻狀態(tài)，RSTN引腳驅(qū)動為LOW，跛行回家控制位LHC設(shè)置為使LIMP引腳驅(qū)動為LOW。芯片溫度必須下降到過熱關(guān)閉閾值以下的滯后水平，SBC才能退出過熱模式。退出過熱模式后，SBC進入待機模式并生成系統(tǒng)復(fù)位（復(fù)位脈沖寬度為 (t{w(r s t)}) ，長或短）。

6.2 SPI

6.2.1 簡介

串行外設(shè)接口（SPI）提供與微控制器的通信鏈路，支持多從操作。SPI配置為全雙工數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)新的控制數(shù)據(jù)移入時返回狀態(tài)信息，還提供只讀訪問選項，允許應(yīng)用程序讀取寄存器內(nèi)容而不改變其值。SPI使用四個接口信號進行同步和數(shù)據(jù)傳輸：SCSN（SPI芯片選擇，低電平有效）、SCK（SPI時鐘，默認電平為LOW）、SDI（SPI數(shù)據(jù)輸入）、SDO（SPI數(shù)據(jù)輸出，當(dāng)引腳SCSN為HIGH時浮地）。位采樣在時鐘下降沿進行，數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移位。

6.2.2 寄存器映射

6.2.3 WD_and_Status寄存器

該寄存器包含看門狗模式控制、標稱看門狗周期、看門狗關(guān)閉狀態(tài)/軟件復(fù)位、V1和V2狀態(tài)、喚醒狀態(tài)等信息。具體位定義和描述可參考文檔中的表格。

6.2.4 Mode_Control寄存器

用于控制SBC的操作模式、跛行回家警告控制、跛行回家控制、使能控制、LIN斜率控制、喚醒偏置控制和功率分配控制等。具體位定義和描述可參考文檔中的表格。

6.2.5 Int_Control寄存器

用于控制中斷使能、LIN和CAN的待機模式、復(fù)位閾值控制、喚醒采樣使能等。具體位定義和描述可參考文檔中的表格。

6.2.6 Int_Status寄存器

用于記錄各種中斷狀態(tài)，如V1和V2欠壓中斷、LIN和CAN喚醒中斷、循環(huán)中斷、上電狀態(tài)中斷等?？赏ㄟ^向相關(guān)位寫入1來清除中斷。具體位定義和描述可參考文檔中的表格。