探索 TJA1124 四通道 LIN 主節(jié)點(diǎn)收發(fā)器：性能、特性與應(yīng)用全解析

在汽車電子和工業(yè)控制等領(lǐng)域，LIN（Local Interconnect Network）總線作為一種低成本、低速串行通信網(wǎng)絡(luò)，被廣泛應(yīng)用于車身電子系統(tǒng)中。NXP 推出的 TJA1124 四通道 LIN 主節(jié)點(diǎn)收發(fā)器，為 LIN 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)帶來了新的解決方案。今天，我們就深入了解一下這款 TJA1124 收發(fā)器。

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一、TJA1124 概述

TJA1124 是一款四通道 LIN 主節(jié)點(diǎn)通道設(shè)備，它在 LIN 網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng) LIN 主節(jié)點(diǎn)協(xié)議控制器與物理總線之間的接口。每個(gè)通道都集成了 LIN 收發(fā)器和 LIN 主節(jié)點(diǎn)終端，符合 LIN 2.0、LIN 2.1、LIN 2.2、LIN 2.2A、ISO 17987 - 4:2016（12 V LIN）和 SAE J2602 - 1 標(biāo)準(zhǔn)，適用于波特率高達(dá) 20 kBd 的車載子網(wǎng)。該器件有 TJA1124A、TJA1124B 和 TJA1124C 三種變體。

工作原理

LIN 主節(jié)點(diǎn)協(xié)議控制器生成的發(fā)送數(shù)據(jù)流，會(huì)被 TJA1124 轉(zhuǎn)換為優(yōu)化的總線信號(hào)，以最小化電磁輻射（EME）。LIN 總線輸出引腳通過內(nèi)部 LIN 主節(jié)點(diǎn)終端電阻上拉至高電平。接收器則負(fù)責(zé)檢測 LIN 總線輸入引腳上的接收數(shù)據(jù)流，并通過引腳 RXD1 至 RXD4 將其傳輸?shù)?a target="_blank">微控制器。

二、特性與優(yōu)勢

通用特性

• 集成四通道：單個(gè)封裝內(nèi)集成四個(gè) LIN 主節(jié)點(diǎn)通道，每個(gè)通道包含 LIN 收發(fā)器和由二極管及上拉電阻組成的 LIN 主節(jié)點(diǎn)終端。
• 標(biāo)準(zhǔn)兼容性：完全符合多種 LIN 標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，確保了與現(xiàn)有 LIN 網(wǎng)絡(luò)的良好兼容性。
• 低功耗與喚醒功能：在低功耗模式下電流消耗極低，同時(shí)可通過 SLP 或 LIN 引腳喚醒。
• 外部電壓調(diào)節(jié)器控制：可通過 INHN 輸出控制外部電壓調(diào)節(jié)器。
• 信號(hào)優(yōu)化：針對高達(dá) 20 kBd 的波特率優(yōu)化了總線信號(hào)整形。
• 接口靈活：VIO 輸入可直接與 3.3 V 和 5 V 微控制器接口。
• 無源特性：在未供電狀態(tài)下呈無源狀態(tài)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。
• 欠壓檢測：具備欠壓檢測功能，可有效保護(hù)器件。
• K 線兼容：支持 K 線通信，增加了應(yīng)用的靈活性。
• 封裝優(yōu)勢：采用無引腳 DHVQFN24 封裝（3.5 mm × 5.5 mm），支持改進(jìn)的自動(dòng)光學(xué)檢測（AOI）能力。

保護(hù)特性

• 電磁抗擾性：具有出色的電磁抗擾性（EMI），能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境中穩(wěn)定工作。
• 靜電放電（ESD）魯棒性：引腳 LIN1 至 LIN4 和 BAT 總線端子的 ESD 魯棒性高達(dá) ±6 kV（根據(jù) IEC61000 - 4 - 2），電池引腳可防止汽車環(huán)境中的瞬態(tài)干擾（ISO 7637）。
• 短路保護(hù)：總線端子對電池和地具有短路保護(hù)功能。
• 超時(shí)功能：具備 TXD 主導(dǎo)超時(shí)功能和 LIN 主導(dǎo)超時(shí)功能，可避免總線長時(shí)間被占用。
• 熱保護(hù)：具有熱保護(hù)功能，防止器件因過熱而損壞。

三、訂購信息

注： [1] TJA1124A 的 LIN 主節(jié)點(diǎn)終端由二極管和 900 Ω 至 1100 Ω 的上拉電阻組成。 [2] TJA1124B 的 LIN 主節(jié)點(diǎn)終端由二極管和 900 Ω 至 1100 Ω 的上拉電阻組成，在低功耗模式下主節(jié)點(diǎn)終端關(guān)閉。 [3] TJA1124C 的 LIN 主節(jié)點(diǎn)終端由二極管和 900 Ω 至 1010 Ω 的上拉電阻組成。

四、引腳信息

引腳配置

TJA1124 采用 DHVQFN24 封裝，其引腳配置如圖所示。為了增強(qiáng)熱性能和電氣性能，建議將 DHVQFN24 封裝的外露中心焊盤焊接到電路板接地。

引腳描述

注：I 表示數(shù)字輸入；O 表示數(shù)字輸出；AIO 表示模擬輸入/輸出；P 表示電源供應(yīng)；G 表示接地。

五、功能描述

協(xié)議層與物理層接口

TJA1124 是 LIN 主節(jié)點(diǎn)協(xié)議控制器與 LIN 網(wǎng)絡(luò)物理總線之間的接口，其四個(gè)通道均集成了 LIN 收發(fā)器和 LIN 主節(jié)點(diǎn)終端，構(gòu)成了 LIN 物理層。該器件適用于多 LIN 主節(jié)點(diǎn)通道的汽車 LIN 主節(jié)點(diǎn)應(yīng)用，具有出色的電磁兼容性（EMC）性能。

標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性

TJA1124 完全符合 LIN 2.0、LIN 2.1、LIN 2.2、LIN 2.2A、ISO 17987 - 4:2016（12 V LIN）和 SAE J2602 - 1 標(biāo)準(zhǔn)，確保了在各種 LIN 網(wǎng)絡(luò)中的兼容性和互操作性。

工作模式

TJA1124 支持兩種主要工作模式：正常模式和低功耗模式，此外還支持電池供電欠壓（Off）、中間 VIO 欠壓（VIO UV）、中間喚醒信號(hào)（Standby）和過溫保護(hù)（Overtemp）模式。

1. Off 模式

當(dāng)引腳 BAT 上的電壓低于電源關(guān)閉檢測閾值 $V{th(det)poff}$ 時(shí)，TJA1124 進(jìn)入 Off 模式。在該模式下，所有輸入信號(hào)被忽略，所有 LIN 輸出驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉，所有待處理的 LIN 喚醒事件標(biāo)志被重置，器件處于定義的無源、低功耗狀態(tài)。當(dāng)器件處于 Overtemp 模式，且結(jié)溫降至 $T{rel(otp)}$ 以下時(shí)，也會(huì)切換到 Off 模式。

2. 低功耗模式

低功耗模式下，TJA1124 的功耗顯著低于正常模式。雖然電流消耗極低，但仍能檢測 LINx 引腳上的遠(yuǎn)程喚醒事件和 SLP 引腳上的微控制器喚醒事件。當(dāng) TJA1124 切換到低功耗模式時(shí)，INHN 引腳設(shè)置為浮空。在正常模式下，SLP 引腳持續(xù)高電平超過 $t {gotolp(high)SLP}$ 時(shí)，將啟動(dòng)向低功耗模式的轉(zhuǎn)換。當(dāng) SLP 引腳為高電平時(shí)，LIN 發(fā)送路徑被禁用，轉(zhuǎn)換到低功耗模式最多需要 $t{d(p)}$ 時(shí)間。如果引腳 VIO 上的電壓持續(xù)低于 $V{uvd(VIO)}$ 超過 $t{d(u v d - lp)}$，TJA1124 將從 VIO UV 模式切換到低功耗模式。

3. 待機(jī)模式

在待機(jī)模式下，LIN 發(fā)送器關(guān)閉，INHN 輸出為低電平。當(dāng)在一個(gè)或多個(gè) LIN 引腳（LIN1 至 LIN4）上檢測到遠(yuǎn)程喚醒時(shí)，TJA1124 從低功耗模式切換到待機(jī)模式。喚醒事件的源通過相應(yīng) RXD 引腳（RXD1 至 RXD4）上的低電平指示給微控制器，前提是引腳 VIO 上的電壓高于 $V{uvr(VIO)}$。在向待機(jī)模式轉(zhuǎn)換期間和之后，其余 LIN 通道仍能檢測遠(yuǎn)程喚醒事件，轉(zhuǎn)換到待機(jī)模式需要 $t{Unit}$ 時(shí)間。當(dāng)引腳 VIO 上的電壓持續(xù)高于 $V{uvr(VIO)}$ 超過 $t{d(u v r)}$ 且 SLP 引腳為高電平時(shí)，TJA1124 從 VIO UV 模式切換到待機(jī)模式。

4. 正常模式

在正常模式下，TJA1124 可通過 LIN 總線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。接收器檢測 LIN 總線輸入引腳（LIN1 至 LIN4）上的數(shù)據(jù)流，并通過相關(guān) RXD 引腳（RXD1 至 RXD4）將其傳輸?shù)轿⒖刂破鳎偩€上的隱性電平對應(yīng)高電平，顯性電平對應(yīng)低電平。接收器具有與電源電壓相關(guān)的帶滯回閾值和集成濾波器，可抑制總線線路噪聲。發(fā)送器將從協(xié)議控制器接收并在 TXDx 引腳上檢測到的發(fā)送數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為優(yōu)化的總線信號(hào)，以最小化 EME。LINx 總線輸出引腳通過內(nèi)部主節(jié)點(diǎn)終端電阻上拉至高電平。如果在低功耗或待機(jī)模式下，SLP 引腳被拉低超過 $t{wake(low)SLP}$，LIN 收發(fā)器將切換到正常模式，從低功耗或 Off 模式轉(zhuǎn)換到正常模式需要 $t{init}$ 時(shí)間。當(dāng)引腳 VIO 上的電壓持續(xù)高于 $V{uvr(VIO)}$ 超過 $t{d(u v r)}$ 且 SLP 引腳為低電平時(shí)，TJA1124 從 VIO UV 模式切換到正常模式。

5. VIO UV 模式

當(dāng)引腳 VIO 上的電壓低于 VIO 欠壓檢測閾值 $V{uvd(VIO)}$ 超過 $t{d(u v d)}$ 時(shí)，TJA1124 從正常或待機(jī)模式切換到 VIO UV 模式。在該模式下，LINx 輸出為隱性，INHN 輸出為低電平，數(shù)字輸入被忽略。

6. 過溫模式

過溫模式可防止 TJA1124 因過熱而損壞。如果結(jié)溫超過關(guān)斷閾值 $T_{sd(otp)}$，熱保護(hù)電路將禁用 LIN 通道輸出驅(qū)動(dòng)器和 LIN 主節(jié)點(diǎn)上拉電阻，并清除待處理的喚醒事件。

設(shè)備喚醒

1. 通過 LIN 總線遠(yuǎn)程喚醒

TJA1124 可在低功耗和待機(jī)模式下檢測遠(yuǎn)程 LIN 喚醒事件。LINx 引腳上的下降沿之后，保持顯性電平持續(xù) $t{wake(dom)LIN}$ 時(shí)間，然后變?yōu)殡[性電平，被視為遠(yuǎn)程喚醒請求。如果引腳 VIO 上的電壓高于 $V{uvr(VIO)}$，則在 RXDx 引腳上會(huì)發(fā)出檢測到遠(yuǎn)程 LIN 喚醒事件的信號(hào)。

2. 通過 SLP 引腳本地喚醒

SLP 引腳上持續(xù)至少 $t_{wake(low)SLP}$ 的低電平被解釋為本地喚醒請求。

汽車啟動(dòng)脈沖期間的操作

TJA1124 在汽車啟動(dòng)脈沖期間仍能完全正常工作，因?yàn)槠湟?guī)定的最低工作電壓為 $V_{BAT}=5 ~V$。

電源電壓超出指定范圍時(shí)的操作

當(dāng) $V{BAT}>28 ~V$ 或 $V{BAT}<5 ~V$ 時(shí)，TJA1124 可能仍能工作，但無法保證參數(shù)值（如表 5 和表 6 中規(guī)定的值）。如果引腳 BAT 上的電壓低于電源關(guān)閉檢測閾值 $V{th(det)poff}$，TJA1124 將切換到 Off 模式。在正常模式下，如果 LINx 引腳上的輸入電平為隱性，則相應(yīng) RXDx 引腳上的接收器輸出為高電平；如果 TXDx 引腳上的輸入電平為高電平，則相應(yīng) LINx 引腳上的 LIN 發(fā)送器輸出為隱性。當(dāng) $V{uvd(VIO)(min )}{IO}{IO(min )}$ 時(shí)，TJA1124 仍能工作，但與 VIO 相關(guān)的參數(shù)值無法保證在表 5 和表 6 規(guī)定的工作范圍內(nèi)。

TXD 主導(dǎo)超時(shí)功能

一旦發(fā)送器被啟用，每當(dāng)相關(guān) TXD 引腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，其 TXD 主導(dǎo)超時(shí)定時(shí)器就會(huì)啟動(dòng)。如果 TXDx 引腳上的低電平狀態(tài)持續(xù)超過 TXD 主導(dǎo)超時(shí)時(shí)間 $t_{to(dom)TXD}$，發(fā)送器將被禁用，總線線路釋放為隱性狀態(tài)。當(dāng) TXDx 引腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，TXD 主導(dǎo)超時(shí)定時(shí)器將復(fù)位。

LIN 主導(dǎo)超時(shí)功能

每個(gè) LIN 通道都有一個(gè)相關(guān)的 LIN 主導(dǎo)超時(shí)功能。如果 LIN 總線電平持續(xù)顯性超過 $t{to(dom)LIN}$，該功能將關(guān)閉 LIN 主節(jié)點(diǎn)或 $R{commander(lp)}$。當(dāng) LIN 主節(jié)點(diǎn)或 $R{commander(lp)}$ 關(guān)閉時(shí)，LIN 終端電阻 $R{responder}$ 作為上拉電阻仍保持激活狀態(tài)。一旦 LIN 總線電平再次變?yōu)殡[性，LIN 主節(jié)點(diǎn)終端將開啟，LIN 主導(dǎo)超時(shí)定時(shí)器將復(fù)位。

LIN 主節(jié)點(diǎn)上拉

集成的 LIN 上拉取決于 TJA1124 的變體。在正常和待機(jī)模式下，集成的 LIN 主節(jié)點(diǎn)終端 $R{commander}$ 是經(jīng)過微調(diào)的上拉電阻。在低功耗模式下，TJA1124A 和 TJA1124C 啟用未微調(diào)的 LIN 主節(jié)點(diǎn)終端 $R{commander(lp)}$，而 TJA1124B 則禁用 LIN 主節(jié)點(diǎn)終端，LINx 引腳由 LIN 終端電阻 $R_{responder}$ 終止。

故障安全特性

電源（引腳 BAT 或 GND）丟失對總線線路或微控制器接口引腳沒有影響。當(dāng)電池供電丟失時(shí)，反向電流 $BUS_NO_BAT$ 從總線流入 LINx 引腳。當(dāng)?shù)剡B接丟失時(shí)，電流 $IBUS_NOGND$ 通過集成的 LIN 終端電阻 $R{responder}$ 從 BAT 繼續(xù)流向 LINx 引腳，LIN 主節(jié)點(diǎn)終端的電流路徑被禁用。LINx 引腳上的輸出驅(qū)動(dòng)器具有過溫保護(hù)功能。

六、電氣特性

極限值