探索TJA1042高速CAN收發器：特性、應用與設計要點

在汽車電子領域，高速CAN（Controller Area Network）通信至關重要，它能確保各個電子控制單元（ECU）之間穩定、高效地交換數據。NXP Semiconductors的TJA1042高速CAN收發器，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這款收發器。

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一、TJA1042概述

TJA1042是第三代高速CAN收發器，為CAN協議控制器和物理雙線CAN總線之間提供了可靠的接口。它專為汽車行業的高速CAN應用而設計，具備差分發送和接收能力，能與帶有CAN協議控制器的微控制器完美配合。與前代產品如TJA1040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。

突出特性

• 理想的無源特性：當電源電壓關閉時，對CAN總線呈現理想的無源行為。
• 低電流待機模式：具備主機和總線喚醒功能，可有效降低功耗。
• 寬電壓兼容性：帶有$V_{IO}$引腳的變體可直接與3.3V至5V的微控制器接口。
• 高速通信支持：實現了ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5定義的CAN物理層，支持CAN FD快速階段高達5Mbit/s的數據速率。

二、TJA1042的特性與優勢

（一）通用特性

• 標準合規性：完全符合ISO 11898 - 2:2016、SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5和SAE J1939 - 14標準，確保了在不同應用場景下的兼容性。
• 高速性能：在CAN FD快速階段，保證數據速率高達5Mbit/s的時序，滿足高速通信需求。
• 電源適應性：適用于12V和24V系統，增強了產品的通用性。
• 低電磁干擾：根據提議的EMC標準IEC 62228 - 3和SAE J2962 - 2，具有低電磁發射（EME）和高電磁抗擾度（EMI）。
• 多種封裝形式：$V{IO}$和非$V{IO}$變體均提供SO8和無鉛HVSON8（3.0 mm × 3.0 mm）封裝，HVSON8封裝具有更好的自動光學檢測（AOI）能力。

（二）可預測和故障安全行為

• 低電流待機模式：在待機模式下，電流極低，同時具備主機和總線喚醒功能，方便系統在需要時快速恢復工作。
• 可預測的功能行為：在所有電源條件下，功能行為均可預測，提高了系統的穩定性。
• 總線脫離功能：當電源電壓低于關斷欠壓閾值時，收發器會從總線斷開（高阻態），避免對總線造成干擾。
• 超時功能：具備發送數據（TXD）主導超時功能和待機模式下的總線主導超時功能，防止硬件或軟件故障導致總線永久處于主導狀態。
• 欠壓檢測：對引腳$V{CC}$和$V{IO}$進行欠壓檢測，確保系統在正常電壓范圍內工作。

（三）保護功能

• 高ESD處理能力：總線引腳具有±8 kV的高ESD處理能力，有效抵抗靜電干擾。
• 高電壓魯棒性：CAN引腳具有±58 V的高電壓魯棒性，適應復雜的汽車電氣環境。
• 瞬態保護：總線引腳針對汽車環境中的瞬態進行了保護，提高了產品的可靠性。
• 熱保護：具備熱保護功能，防止因過熱損壞器件。

三、關鍵參數與性能

（一）快速參考數據

（二）靜態特性

在不同的工作條件下，TJA1042的靜態特性表現穩定。例如，在$T{v j}=-40^{circ} C$至 +150°C、$V{C C}=4.5 ~V$至 5.5V、$v_{10}=2.8 ~V$至$5.5 ~V$的范圍內，各項參數都能滿足設計要求。這為工程師在設計系統時提供了可靠的參考依據。

（三）動態特性

TJA1042的動態特性也十分出色。在不同的變體中，從TXD到總線主導和隱性的延遲時間、從總線主導和隱性到RXD的延遲時間等參數都有明確的規定，確保了數據的準確傳輸。例如，TJA1042B/C在正常模式下，從TXD到總線主導的延遲時間典型值為60ns。

四、TJA1042的應用與設計要點

（一）應用場景

TJA1042適用于各種HS - CAN網絡，特別是那些需要低功耗模式和通過CAN總線喚醒功能的節點。在汽車電子系統中，如發動機控制單元、車身電子系統等，TJA1042都能發揮重要作用。

（二）設計要點

• 電源設計：確保$V{CC}$和$V{IO}$的電源電壓穩定在規定范圍內，同時注意電源的濾波和去耦，以減少電源噪聲對收發器的影響。
• 引腳連接：根據具體的應用需求，正確連接TXD、RXD、CANH、CANL等引腳。對于帶有$V_{IO}$引腳的變體，要將其連接到微控制器的電源電壓，以實現信號電平的匹配。
• 外部電路：TJA1042所需的最小外部電路如圖7和圖8所示。在設計時，要根據實際情況選擇合適的外部組件，如電阻、電容等，并注意PCB布局，以減小電磁干擾。

電子工程師必看：TJA1042高速CAN收發器深度解析

在汽車電子以及工業控制等領域，CAN（Controller Area Network）總線憑借其高可靠性、實時性和抗干擾能力強等優點，得到了廣泛應用。而CAN收發器作為CAN總線與微控制器之間的橋梁，其性能直接影響著整個CAN網絡的運行。今天，我們就來深入了解一下NXP Semiconductors推出的TJA1042高速CAN收發器。

一、TJA1042概述

TJA1042是一款具備待機模式的高速CAN收發器，它為CAN協議控制器和物理雙線CAN總線之間提供了接口。該收發器屬于恩智浦半導體第三代高速CAN收發器，相較于第一代和第二代設備（如TJA1040）有顯著改進。它不僅實現了ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5所定義的CAN物理層，還能在CAN FD快速階段以高達5 Mbit/s的數據速率實現可靠通信。

二、TJA1042的特性與優勢

（一）通用特性

• 標準兼容性：完全符合ISO 11898 - 2:2016、SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5以及SAE J1939 - 14標準，這意味著它可以廣泛應用于各種遵循這些標準的CAN網絡中。
• 高速性能：能保證CAN FD快速階段數據速率高達5 Mbit/s的時序，滿足高速通信需求。
• 系統適用性：適用于12 V和24 V系統，具有較寬的電源電壓適應范圍。
• 電磁兼容性：具有低電磁輻射（EME）和高電磁抗擾度（EMI），符合擬議的EMC標準IEC 62228 - 3和SAE J2962 - 2。
• 接口靈活性：帶有$V_{IO}$引腳的變體可直接與3.3 V至5 V的微控制器接口，方便不同電壓等級的微控制器連接。
• 網絡拓撲支持：TJA1042B和TJA1042C變體的傳播延遲更短，支持更大的網絡拓撲結構。
• 電壓輸出功能：TJA1042T和TJA1042CT具有SPLIT電壓輸出，可穩定隱性總線電平。
• 封裝多樣性：$V{IO}$和非$V{IO}$變體均提供SO8和無鉛HVSON8（3.0 mm×3.0 mm）封裝，其中HVSON8封裝具有改進的自動光學檢測（AOI）能力。
• 環保合規：屬于深綠色產品，無鹵素且符合有害物質限制（RoHS）標準，并且通過了AEC - Q100認證，可用于汽車級應用。

（二）可預測和故障安全行為

• 低電流待機模式：具備主機和總線喚醒功能的超低電流待機模式，在待機狀態下能大幅降低功耗，同時可通過CAN總線喚醒。
• 功能可預測性：在所有電源條件下功能行為可預測，確保系統的穩定性和可靠性。
• 總線脫離功能：當電源電壓降至關斷欠壓閾值以下時，收發器會從總線斷開（高阻態），避免對總線造成干擾。
• 超時功能：具有發送數據（TXD）顯性超時功能和待機模式下的總線顯性超時功能，可防止硬件和/或軟件故障導致總線處于永久顯性狀態，從而阻塞所有網絡通信。
• 欠壓檢測：對$V{CC}$和$V{IO}$引腳進行欠壓檢測，當檢測到欠壓時采取相應保護措施。

（三）保護特性

• ESD防護：總線引腳具有高ESD處理能力（±8 kV），能有效抵御靜電放電對芯片的損害。
• 高壓耐受：CAN引腳具有高電壓魯棒性（±58 V），可承受一定范圍內的過電壓沖擊。
• 瞬態保護：總線引腳可防止汽車環境中的瞬態干擾，提高在復雜電磁環境下的可靠性。
• 熱保護：具備熱保護功能，當虛擬結溫超過關斷結溫時，輸出驅動器將被禁用，直到溫度下降。

三、TJA1042的關鍵參數

（一）快速參考數據

（二）動態特性

TJA1042的動態特性參數對于評估其在高速通信中的性能至關重要。例如，不同變體在從TXD到總線顯性、隱性的延遲時間，以及從總線顯性、隱性到RXD的延遲時間等方面存在差異。這些參數直接影響著CAN網絡的通信速度和實時性。

四、TJA1042的應用與設計要點

（一）應用場景

TJA1042適用于各種HS - CAN網絡，特別是那些需要低功耗模式和通過CAN總線喚醒功能的節點。在汽車電子系統中，如發動機控制單元、車身電子系統等，TJA1042都能發揮重要作用。

（二）設計要點

• 電源設計：確保$V{CC}$和$V{IO}$的電源電壓穩定在規定范圍內，同時注意電源的濾波和去耦，以減少電源噪聲對收發器的影響。在為TJA1042設計電源時，可參考通用的電源設計要點。例如，所有模塊如無特殊說明均需加保險絲，由于通常使用的是快速保險絲，且考慮到緩啟動電路，在選用保險絲的時候需要提高1.5 - 2.5倍的余量。一般45W以下的單板使用2A保險絲，45W以上選用5A保險絲。同時，電源濾波電容的選取和使用也很關鍵，要注意耐壓降額和溫度降額。推薦鉭電容的耐壓要降額到1/3，電解電容器的最高額定溫度至少應該選+105度。電源濾波可采用LC、π型濾波，建議優選磁珠，輸入濾波至少需要一級共模濾波，推薦兩級共模濾波。
• 引腳連接：根據具體的應用需求，正確連接TXD、RXD、CANH、CANL等引腳。對于帶有$V_{IO}$引腳的變體，要將其連接到微控制器的電源電壓，以實現信號電平的匹配。在進行引腳連接時，要注意引腳的類型和功能，避免連接錯誤導致收發器無法正常工作。
• 外部電路：TJA1042所需的最小外部電路如圖7和圖8所示。在設計時，要根據實際情況選擇合適的外部組件，如電阻、電容等，并注意PCB布局，以減小電磁干擾。在PCB布局方面，要遵循一些基本的電磁兼容原則。例如，布局要按電源、模擬、高速數字及各功能塊進行分區；盡量減小大di/dt回路面積，減小大dv/dt信號線長度，并盡量走直線，降低其隱含包圍區域，以減小輻射；感性串擾主要由大di/dt環路產生，要減小和這些信號的互感，關鍵是減小環路面積、增大距離；容性串擾主要由大dv/dt信號產生，要減小和這些信號的互容，主要途徑是減小耦合有效面積、增大距離。

五、TJA1042的測試與質量保證

該產品已按照汽車電子委員會（AEC）標準Q100 Rev - G進行了資格認證，適用于汽車應用。同時，文檔中還給出了CAN收發器定時測試電路和測量收發器驅動器對稱性的測試電路，為產品的測試提供了參考。

六、總結

TJA1042高速CAN收發器憑借其出色的性能、豐富的特性和良好的保護功能，成為了HS - CAN網絡應用的理想選擇。在實際設計中，電子工程師需要根據具體的應用需求，合理選擇變體、正確設計外部電路和進行PCB布局，以充分發揮TJA1042的優勢，確保CAN網絡的穩定運行。大家在使用TJA1042的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區交流分享。