TJA1042高速CAN收發器：汽車應用的理想之選

在汽車電子領域，CAN（Controller Area Network）總線作為一種可靠的通信協議，被廣泛應用于各種電子系統中。而CAN收發器則是連接CAN協議控制器和物理CAN總線的關鍵接口。今天，我們就來詳細探討一下恩智浦（NXP）半導體推出的TJA1042高速CAN收發器。

文件下載：TJA1042TK 3,118.pdf

一、產品概述

TJA1042屬于恩智浦第三代高速CAN收發器，它為CAN協議控制器與物理雙線CAN總線之間提供了接口，專為汽車行業的高速CAN應用而設計。與第一代和第二代設備（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。

主要特點

• 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特性。
• 低電流待機模式：具備總線喚醒功能，可有效降低系統功耗。
• 寬電壓兼容性：TJA1042T/3和TJA1042TK/3可直接與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5 Mbit/s的數據速率。

這些特點使得TJA1042成為各種HS - CAN網絡的理想選擇，尤其適用于需要通過CAN總線實現喚醒功能的低功耗節點。

二、特性與優勢

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，確保了與現有CAN系統的兼容性。
• 高速數據傳輸：在CAN FD快速階段，保證數據速率高達5 Mbit/s的時序穩定性。
• 寬電壓系統支持：適用于12V和24V系統，增強了產品的通用性。
• 低電磁發射與高電磁抗擾度：有效減少電磁干擾，提高系統的可靠性。
• 微控制器接口靈活：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。
• 穩定的隱性總線電平：TJA1042T的SPLIT電壓輸出有助于穩定隱性總線電平。
• 封裝多樣：提供SO8和無引腳HVSON8（3.0 mm × 3.0 mm）封裝，具有更好的自動光學檢測（AOI）能力。
• 環保產品：符合無鹵和有害物質限制（RoHS）標準，是綠色環保產品。
• 汽車級認證：通過AEC - Q100認證，滿足汽車應用的嚴格要求。

2.2 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，在待機模式下僅消耗極低的電流。
• 全電源條件下的可預測行為：在各種電源條件下，收發器的功能行為可預測。
• 無電源時與總線分離：當未上電時，收發器與總線分離，實現零負載。
• TXD顯性超時功能：防止硬件和/或軟件故障導致總線處于永久顯性狀態，確保網絡通信的正常進行。
• 總線顯性超時功能：在待機模式下，防止總線因短路或其他節點故障而產生永久喚醒請求。
• 欠壓檢測：對(V{CC})和(V{IO})引腳進行欠壓檢測，確保系統的穩定性。

2.3 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，增強了產品的抗靜電能力。
• 高電壓魯棒性：CAN引腳可承受±58 V的高電壓，提高了產品在惡劣環境下的可靠性。
• 瞬態保護：總線引腳針對汽車環境中的瞬態干擾提供保護。
• 熱保護：具備熱保護功能，防止因過熱而損壞設備。

三、快速參考數據

這些參數為工程師在設計電路時提供了重要的參考依據，大家在實際應用中可以根據具體需求進行合理選擇。

四、訂購信息

需要注意的是，TJA1042T帶有SPLIT引腳，而TJA1042T/3和TJA1042TK/3帶有(V_{IO})引腳。大家在訂購時，要根據自己的設計需求來選擇合適的型號和封裝。

五、功能描述

5.1 工作模式

TJA1042支持兩種工作模式：正常模式和待機模式，通過STB引腳進行選擇。

正常模式

當STB引腳為低電平時，選擇正常模式。在該模式下，收發器可以通過CANH和CANL總線線路進行數據的發送和接收。差分接收器將總線上的模擬數據轉換為數字數據，并輸出到RXD引腳。總線線路上輸出信號的斜率由內部控制，以確保最低的電磁發射（EME）。

待機模式

當STB引腳為高電平時，選擇待機模式。在待機模式下，收發器無法通過總線線路發送或正確接收數據。發射器和正常模式接收器模塊關閉，以降低電源電流，僅由一個低功耗差分接收器監視總線線路的活動。低功耗接收器輸出端的喚醒濾波器不會鎖存總線顯性狀態，確保只有持續時間超過(t_{fltr(wake)bus})的總線顯性和隱性狀態才會反映在RXD引腳上。在待機模式下，總線線路偏置到地，以最小化系統電源電流。

5.2 故障安全特性

TXD顯性超時功能

當TXD引腳設置為低電平時，啟動“TXD顯性超時”定時器。如果TXD引腳的低電平狀態持續時間超過(t_{to(dom)TXD})，則發射器禁用，將總線線路釋放到隱性狀態，防止硬件和/或軟件故障導致總線處于永久顯性狀態。當TXD引腳設置為高電平時，定時器復位。

總線顯性超時功能

在待機模式下，當CAN總線從隱性狀態變為顯性狀態時，啟動“總線顯性超時”定時器。如果總線的顯性狀態持續時間超過(t_{to(dom)bus})，則RXD引腳復位為高電平，防止因總線短路或網絡中其他節點故障導致的永久喚醒請求。當CAN總線從顯性狀態變為隱性狀態時，定時器復位。

TXD和STB輸入引腳的內部偏置

TXD和STB引腳內部上拉到(V_{IO})，以確保在這些引腳懸空時處于安全、定義的狀態。在所有狀態下，這些引腳都會有上拉電流，在待機模式下，應將這兩個引腳保持為高電平，以最小化待機電流。

欠壓檢測

如果(V{CC})下降到(V{uvd(VCC)})以下，收發器將切換到待機模式，直到(V{CC})恢復。如果(V{IO})下降到(V{uvd(VIO)})以下，收發器將關閉并與總線分離（零負載），直到(V{IO})恢復。

過溫保護

輸出驅動器具備過溫保護功能。如果虛擬結溫超過關斷結溫(T{j(sd)})，輸出驅動器將被禁用，直到虛擬結溫下降到(T{j(sd)})以下且TXD變為隱性狀態。

5.3 SPLIT輸出引腳和(V_{IO})電源引腳

TJA1042有兩種版本，僅在引腳5的功能上有所不同。引腳5可以是SPLIT輸出引腳或(V_{IO})電源引腳。

SPLIT引腳

TJA1042T的SPLIT引腳與分立式終端網絡配合使用，有助于穩定總線上的隱性電壓電平，減少具有接地直流泄漏的網絡中的電磁發射。在正常模式下，SPLIT引腳提供(0.5V{CC})的直流輸出電壓；在待機模式或(V{CC})關閉時，SPLIT引腳浮空。當不使用時，SPLIT引腳應保持開路。

(V_{IO})電源引腳

TJA1042T/3和TJA1042TK/3的(V{IO})引腳應連接到微控制器的電源電壓，以調整TXD、RXD和STB引腳的信號電平與微控制器的I/O電平匹配。(V{IO})引腳還為收發器的低功耗差分接收器提供內部電源，即使(V_{CC})引腳沒有電源電壓，也能監視總線線路的活動。

六、應用信息

6.1 應用電路圖

文檔中給出了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電路圖，為工程師提供了實際設計的參考。這里大家可以根據自己使用的微控制器電壓和具體需求，選擇合適的型號和電路連接方式。

6.2 應用提示

更多關于TJA1042應用的詳細信息，可以參考恩智浦應用提示AH1014 “Application Hints - Standalone high speed CAN transceiver TJA1042/TJA1043/TJA1048/TJA1051”。在實際應用中，大家可以結合這份提示文檔，更好地發揮TJA1042的性能。

七、測試信息

文檔中提供了CAN收發器的時序測試電路和測量收發器驅動器對稱性的測試電路，同時表明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。這為產品的質量和可靠性提供了保障，工程師在設計和測試過程中可以參考這些測試電路和標準，確保產品符合要求。

八、封裝與焊接信息

8.1 封裝外形

TJA1042提供SO8和HVSON8兩種封裝，文檔詳細給出了這兩種封裝的外形尺寸和相關參數，方便工程師進行PCB設計。在設計PCB時，要根據封裝的尺寸和引腳布局，合理安排元器件的位置和布線。

8.2 焊接信息

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，主要有波峰焊和回流焊兩種。波峰焊適用于通孔元件和表面貼裝器件（SMD）的混合組裝，但對于一些精細間距的SMD和特定封裝可能不適用；回流焊則適用于各種封裝類型，尤其適合小型化和高密度的電路板。

波峰焊

波峰焊是通過液態焊料的駐波來形成焊點的技術，適用于通孔元件和一些焊接到印刷電路板表面的有引腳或無引腳SMD。但并非所有SMD都適合波峰焊，如帶有焊球的封裝和一些底部有焊盤的無引腳封裝，以及引腳間距小于約0.6 mm的有引腳SMD，由于橋接風險增加，不適合波峰焊。

回流焊

回流焊過程包括在電路板上涂抹焊膏，然后放置元器件并進行溫度曲線加熱。有引腳封裝、帶焊球封裝和無引腳封裝都可以進行回流焊。在回流焊過程中，需要注意電路板規格、封裝焊盤、封裝的濕度敏感度、元器件放置、檢查和修復等關鍵因素。同時，不同的封裝厚度和體積對應不同的回流溫度要求，要根據具體情況進行設置。

九、總結

TJA1042高速CAN收發器憑借其出色的性能、豐富的功能和多樣的封裝選擇，成為汽車行業高速CAN應用的理想解決方案。其在電磁兼容性、靜電放電保護、低功耗待機模式和故障安全特性等方面的優勢，能夠有效提高系統的可靠性和穩定性。在實際應用中，工程師可以根據具體需求選擇合適的型號和封裝，并結合文檔中提供的應用電路圖、測試電路和焊接信息，進行合理的設計和開發。大家在使用過程中，如果遇到問題或者有更好的應用經驗，歡迎在評論區分享交流。