深入解析NXP MC33742系統基礎芯片：特性、應用與設計要點

引言

在汽車電子控制單元（ECU）的設計中，系統基礎芯片（SBC）起著至關重要的作用。它集成了多種常用功能，能夠簡化電路設計、提高系統的可靠性和穩定性。NXP的MC33742和MC33742S SMARTMOS設備就是這樣兩款優秀的SBC，它們結合了CAN 2.0兼容收發器和多種功能，廣泛應用于汽車電子領域。本文將詳細介紹MC33742的特性、功能、工作模式以及應用設計要點，希望能為電子工程師們在相關設計中提供參考。

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一、MC33742概述

MC33742是一款SPI控制的系統基礎芯片，它將許多常用功能與CAN 2.0兼容收發器集成在一起。該芯片具有一個完全受保護的5.0 V低 dropout 內部穩壓器，具備限流、過溫預警和復位功能。此外，還可以通過外部PNP雙極結型晶體管實現第二個5.0 V穩壓器。

（一）主要特性

1. 高速CAN收發器：具備1.0 Mbps的CAN收發器總線接口，并擁有總線診斷能力，能夠滿足汽車電子系統中高速數據通信的需求。
2. SPI控制：支持最高4.0 MHz的SPI控制頻率，方便與微控制器進行通信和控制。
3. 穩壓器功能：5.0 V低 dropout電壓穩壓器，具有限流、過溫預警、輸出監控和復位功能，同時還能通過外部串聯晶體管實現第二個5.0 V穩壓器。
4. 多種工作模式：擁有正常、待機、停止和睡眠四種主要工作模式，其中睡眠和停止模式下電流較低，有助于降低系統功耗。
5. 其他功能：具備高端開關輸出驅動器，可用于控制外部電路；還有可編程窗口看門狗、中斷、復位和SPI模塊等，用于通信和控制。

（二）產品型號與封裝

二、引腳連接與功能描述

（一）引腳定義

MC33742的28引腳和48引腳封裝各有其引腳定義，下面分別介紹：

1. 28引腳封裝

2. 48引腳封裝

（二）功能描述

1. 接收和發送數據（RXD和TXD）

RXD和TXD引腳分別與微控制器的CAN協議處理程序相連。TXD是輸入引腳，用于控制CANH和CANL線路狀態（TXD為低電平時為顯性，高電平時為隱性）；RXD是輸出引腳，用于報告總線狀態（CAN總線為顯性時RXD為低電平，隱性時為高電平）。

2. 電壓數字漏極（VDD）

VDD引腳是5.0 V內部穩壓器的輸出引腳，最大可提供200 mA電流。該輸出具備過流和過溫保護功能，包含過溫預警標志，當內部穩壓器溫度超過典型值130 °C時，該標志置位；當溫度超過過溫關斷溫度（典型值170 °C）時，穩壓器關閉。此外，VDD還包含欠壓復位電路，當VDD低于欠壓復位閾值時，RST引腳置低。

3. 復位輸出（RST）

RST引腳是輸出引腳，當設備處于復位模式時置低，非復位模式時置高。RST引腳包含一個內部上拉電流源，當RST為低電平時，灌電流能力有限，可用于軟件調試或軟件下載。

4. 中斷輸出（INT）

INT引腳是輸出引腳，當發生中斷時置低。通過中斷寄存器（INTR）啟用中斷功能，當中斷發生時，INT保持低電平直到中斷源被清除。在設備處于停止模式時，INT輸出還會通過一個典型的10 μs脈沖報告喚醒事件。

5. 電壓源2（V2）

V2引腳是V2穩壓器的輸入感應引腳，連接到外部串聯晶體管。V2也是內部CAN接口的5.0 V電源。如果不使用外部串聯晶體管，V2可以連接到外部5.0 V穩壓器或VDD輸出，此時V2CTRL引腳必須懸空。

6. 電壓源2控制（V2CTRL）

V2CTRL引腳是連接到外部串聯晶體管的V2穩壓器的輸出驅動引腳。

7. 電壓供應（VSUP）

VSUP引腳是設備的電池供電輸入引腳。

8. 高端輸出（HS）

HS引腳是內部高端驅動器的輸出引腳，具備內部過流和過溫保護功能。

9. 電平0 - 3輸入（L0 - L3）

L0 - L3引腳可以連接到接觸開關或其他IC的輸出，用于外部輸入。輸入狀態可以通過SPI讀取，這些輸入在設備處于睡眠或停止模式時可用作喚醒事件。

10. CAN高和CAN低輸出（CANH和CANL）

CANH和CANL引腳是CAN總線線路的接口，由TXD輸入電平控制，CANH和CANL的狀態通過RXD輸出報告。在CANH和CANL引腳之間連接有一個60 Ω的終端電阻。

11. 串行數據時鐘（SCLK）

SCLK是串行外設接口的串行數據時鐘輸入引腳。

12. 主入從出（MISO）

MISO是串行外設接口的主入從出引腳，數據通過該引腳從SBC發送到微控制器。

13. 主出從入（MOSI）

MOSI是串行外設接口的主出從入引腳，來自微控制器的控制數據通過該引腳接收。

14. 芯片選擇（CS）

CS是串行外設接口的芯片選擇引腳，當該引腳為低電平時，設備的SPI端口被選中。

15. 看門狗輸出（WDOG）

當軟件看門狗未正確觸發時，看門狗輸出引腳WDOG置低。

三、工作模式

MC33742具有四種主要工作模式，通過SPI進行控制，另外還有一個臨時的正常請求模式和復位模式。下面分別介紹這些工作模式的特點和應用場景。

（一）待機模式

在待機模式下，只有VDD穩壓器開啟，V2穩壓器通過禁用V2CTRL引腳關閉。其他可用功能包括通過SPI讀取L0 - L3輸入和激活HS輸出。此時CAN接口無法發送消息，如果接收到CAN消息，CANWU位會被置位，看門狗定時器運行。

（二）正常模式

正常模式下，VDD和V2穩壓器都處于開啟狀態，所有功能均可使用，包括看門狗、通過SPI讀取喚醒輸入、激活HS和進行CAN通信。看門狗定時器運行，需要通過SPI定期清除。

（三）停止模式

在停止模式下，V2穩壓器通過禁用V2CTRL引腳關閉，VDD穩壓器以特殊的低功耗模式激活，僅提供幾毫安的電流，為應用的MCU提供“保持活動”電源。設備可以從SBC端（如循環檢測、強制喚醒、CAN消息、喚醒輸入和VDD過流）或MCU端（如按鍵喚醒）喚醒。停止模式通常通過SPI選擇，在該模式下，看門狗軟件是否運行可通過SPI選擇。

（四）睡眠模式

睡眠模式下，VDD和V2穩壓器關閉，通過VSUP引腳的電流消耗降低。設備可以通過檢測L0 - L3輸入的電平變化、循環檢查L0 - L3輸入、強制喚醒定時器或從CAN物理接口接收到CAN消息來喚醒。喚醒后，設備先進入復位模式，然后進入正常請求模式。

（五）復位模式

在復位模式下，RST引腳為低電平，定時器運行(t_{RSTDUR})時間。時間過后，33742進入正常請求操作模式。當出現復位條件（如VDD低、看門狗超時或在封閉窗口中觸發看門狗）時，進入復位模式。

（六）正常請求模式

正常請求模式是一種臨時操作模式，設備在復位模式后或從停止模式喚醒后會自動進入該模式。在正常請求模式下，VDD穩壓器開啟，V2穩壓器關閉，RST引腳為高電平。進入該模式后，會啟動一個內部350 ms的定時器（參數(t_{NRTOUT})），在此期間，應用的MCU必須通過SPI訪問33742并配置TIM1子寄存器以選擇看門狗周期，否則設備將進入復位模式。

四、電氣特性

（一）最大額定值

（二）靜態電氣特性

靜態電氣特性描述了設備在靜態條件下的性能參數，如輸入輸出電壓、電流等。相關參數在特定條件下（如(4.75 V ≤ V2 ≤ 5.25 V)，(5.5 V ≤ V{SUP} ≤ 18 V)，(-40^{circ} C ≤ T{A} ≤ 125^{circ} C)）進行測量，典型值反映了在(T_{A}=25^{circ} C)、標稱條件下的近似參數均值。以下是部分重要參數：

1. 輸入引腳（VSUP）

• 電源電壓：標稱直流電壓為5.5 - 18 V，擴展直流電壓在不同功能下有所不同，負載突降時可承受40 V，跳躍啟動時可承受27 V。