探索TJA1055：增強型容錯CAN收發器的卓越性能

在汽車電子領域，CAN（Controller Area Network）總線作為一種關鍵的通信技術，廣泛應用于車輛的各個系統中。而CAN收發器則是連接CAN協議控制器和物理總線線路的重要接口，對于確保通信的穩定和可靠起著至關重要的作用。今天，我們就來深入了解一款由恩智浦（NXP）推出的增強型容錯CAN收發器——TJA1055。

文件下載：TJA1055T 3 C,518.pdf

一、TJA1055概述

TJA1055主要面向乘用車中的低速應用，最高支持125 kBd的波特率。它是TJA1054和TJA1054A的增強版本，在具備相同功能的基礎上，進行了多項改進。這些改進包括提升了靜電放電（ESD）性能、降低了睡眠模式下的電流消耗、支持在無(V_{CC})激活的情況下通過RXD和ERR進行喚醒信號傳輸，以及TJA1055T/3型號可實現與3V微控制器的接口。

二、特性與優勢

2.1 優化的車內低速通信

• 引腳兼容性：與TJA1054和TJA1054A引腳兼容，方便工程師進行升級和替換。
• 高節點連接能力：支持最多32個節點的連接，滿足復雜網絡的需求。
• 低電磁干擾：內置斜率控制功能和良好匹配的CANL和CANH總線輸出，有效降低電磁發射（EME）。
• 高電磁抗擾性：在正常工作模式和低功耗模式下都具有很高的電磁抗擾性（EMI）。
• 集成濾波器：完全集成的接收器濾波器，提高信號的抗干擾能力。
• 發送數據超時功能：TxD主導超時功能可防止總線因硬件或軟件故障而陷入永久主導狀態。
• 高ESD魯棒性：對外接引腳提供±8 kV人體模型（HBM）和±6 kV IEC 61000 - 4 - 2的靜電放電保護。
• 低電壓微控制器支持：能夠支持低電壓微控制器。

2.2 總線故障管理

• 單總線傳輸模式：支持接地偏移電壓高達1.5 V的單總線傳輸模式。
• 自動模式切換：在總線發生故障時，即使CANH總線線路短路到(V_{CC})，也能自動切換到單總線模式，并在故障排除后自動恢復到差分模式。
• 故障模式喚醒能力：在故障模式下仍具備完全喚醒能力。

2.3 多重保護機制

• 短路保護：總線引腳對電池和地具有短路保護功能。
• 熱保護：具備熱保護功能，防止芯片因過熱而損壞。
• 瞬態保護：總線線路在汽車環境中能夠抵御瞬態干擾。
• 無電源節點不干擾總線：未供電的節點不會對總線線路造成干擾，微控制器接口在未供電時也無反向電流路徑。

2.4 低功耗模式支持

• 睡眠和待機模式：提供低電流睡眠模式和待機模式，并可通過總線線路喚醒。
• 軟件可訪問復位標志：軟件可訪問上電復位標志，方便系統的初始化和監控。

三、快速參考數據

TJA1055的快速參考數據涵蓋了供電電壓、電池供電電壓、電流消耗、引腳電壓等重要參數。例如，其供電電壓(V{CC})范圍為4.75 - 5.25 V，電池供電電壓(V{BAT})在無時間限制時為 - 0.3 - +40 V，睡眠模式下電池供電電流(I_{BAT})典型值為25 - 40 μA。這些數據為工程師在設計電路時提供了重要的參考依據。

四、訂購信息

TJA1055有TJA1055T和TJA1055T/3兩種型號，其中TJA1055T采用SO14封裝，即塑料小外形封裝，有14個引腳，主體寬度為3.9 mm，封裝版本為SOT108 - 1。

五、功能描述

5.1 故障檢測

故障檢測器在正常工作模式下完全激活，能夠檢測多種總線故障，并根據故障類型自動切換到合適的模式。例如，當檢測到CANH線路短路到電池或(V_{CC})時，會經過兩步檢測后切換到CANL單總線操作；當檢測到CANL線路短路到電池時，會切換到CANH單總線操作。在故障恢復后，也能自動檢測并恢復到差分模式。同時，任何線路故障都會使ERR引腳輸出信號置為LOW，故障恢復后則置為HIGH。

5.2 低功耗模式

TJA1055提供三種低功耗模式：睡眠模式、待機模式和上電待機模式。這些模式可通過STB和EN引腳進行控制。睡眠模式功耗最低，INH引腳切換到高阻抗狀態，CANL引腳通過RTL引腳偏置到電池電壓，即使(V_{CC})不存在，RXD和ERR引腳也能發出喚醒中斷信號。待機模式與睡眠模式類似，但INH引腳為HIGH電平。上電待機模式主要用于讀取上電標志，ERR引腳顯示電池上電標志，RXD引腳顯示喚醒中斷信號。

5.3 上電操作

上電后（(V_{BAT})接通），INH引腳信號變為HIGH，并設置內部上電標志。該標志可在上電待機模式下通過ERR引腳讀取，并在進入正常工作模式時復位。

5.4 保護功能

• 電流限制：電流限制電路可保護發射器輸出級免受正負極電池電壓短路的影響。
• 熱關斷：當結溫超過典型值175 °C時，發射器輸出級將被禁用，以降低功耗和芯片溫度。
• 電氣瞬態保護：CANH和CANL引腳能夠保護免受汽車環境中可能出現的電氣瞬態干擾。

六、性能參數

6.1 極限值

TJA1055的極限值規定了各個引腳的電壓、電流、溫度等參數的最大和最小值。例如，(V{CC})的范圍為 - 0.3 - +6 V，(V{BAT})為 - 0.3 - +58 V，CANH和CANL引腳的電壓范圍為 - 58 - +58 V等。這些極限值為工程師在設計電路時提供了安全邊界，確保芯片在正常工作范圍內運行。

6.2 熱特性

熱特性參數包括結到環境的熱阻(R{th(j - a)})和結到基板的熱阻(R{th(j - s)})，分別為120 K/W和40 K/W。這些參數對于評估芯片在不同散熱條件下的溫度分布和散熱設計非常重要。

6.3 靜態特性

靜態特性涵蓋了各種引腳的電壓、電流參數，如供電電壓、輸入輸出電壓、電流消耗等。例如，正常工作模式下，(V_{CC})供電電流在不同條件下的典型值為2.5 - 21 mA，睡眠模式下電池供電電流典型值為25 - 40 μA。這些參數有助于工程師了解芯片在靜態工作狀態下的性能表現。

6.4 動態特性

動態特性參數包括信號的轉換時間、傳播延遲、延遲時間等。例如，CANL和CANH引腳從隱性到顯性和從顯性到隱性的轉換時間典型值為0.2 μs，TXD（LOW）到RXD（LOW）的傳播延遲在無故障時最大為1.5 μs。這些參數對于評估芯片在高速信號傳輸時的性能和穩定性至關重要。

七、測試與應用

7.1 測試信息

文檔中提供了動態特性的測試電路和測試條件。測試時，TXD為50 kHz、占空比為50%、斜率時間 < 10 ns的矩形信號，為了滿足CAN總線線路的最小負載要求，測試時不連接125 Ω的終端電阻。通過這些測試電路和條件，可以準確測量芯片的各項性能參數。

7.2 應用示例

文檔還給出了TJA1055的應用圖，展示了其與CAN控制器和CAN總線的連接方式。這為工程師在實際應用中提供了參考，幫助他們快速搭建系統。

八、與TJA1054A的差異

與TJA1054A相比，TJA1055在CANH和CANL引腳的電壓范圍、ESD性能等方面有明顯提升。例如，TJA1055的CANH和CANL引腳電壓范圍為 - 58 - +58 V，而TJA1054A為 - 27 - +40 V；TJA1055的ESD人體模型電壓為±8 kV，而TJA1054A為±4 kV。這些改進使得TJA1055在可靠性和抗干擾能力方面更具優勢。

九、總結

TJA1055作為一款增強型容錯CAN收發器，憑借其出色的特性和性能，在汽車低速CAN通信領域具有廣泛的應用前景。它不僅具備優化的通信能力、強大的故障管理和保護功能，還支持低功耗模式，能夠滿足汽車電子系統對可靠性、穩定性和低功耗的要求。對于電子工程師來說，深入了解TJA1055的特性和參數，將有助于設計出更加高效、可靠的CAN通信系統。你在使用類似的CAN收發器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。