TLIN2027-Q1：汽車LIN網(wǎng)絡(luò)的可靠收發(fā)器解決方案

在汽車電子領(lǐng)域，本地互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）作為一種低成本、低速的串行通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于車身電子、信息娛樂系統(tǒng)等多個(gè)方面。TLIN2027-Q1作為一款高性能的LIN收發(fā)器，為汽車應(yīng)用提供了可靠的物理層解決方案。本文將深入探討TLIN2027-Q1的特性、應(yīng)用、電氣參數(shù)以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，幫助工程師更好地了解和使用這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

TLIN2027-Q1是一款符合AEC - Q100標(biāo)準(zhǔn)的本地互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）物理層收發(fā)器，集成了喚醒和保護(hù)功能，兼容LIN 2.0、LIN 2.1、LIN 2.2、LIN 2.2A和ISO/DIS 17987 - 4標(biāo)準(zhǔn)。它專為24V應(yīng)用設(shè)計(jì)，具有更寬的工作電壓范圍和額外的總線故障保護(hù)功能，適用于各種汽車電子系統(tǒng)。

二、特性亮點(diǎn)

2.1 嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性

該收發(fā)器符合面向汽車應(yīng)用的AEC - Q100標(biāo)準(zhǔn)，溫度等級(jí)為 - 40°C至125°C TA，器件HBM認(rèn)證等級(jí)達(dá)到±8kV，CDM認(rèn)證等級(jí)為±1.5kV，確保了在汽車復(fù)雜環(huán)境下的可靠性和穩(wěn)定性。

2.2 廣泛的標(biāo)準(zhǔn)兼容性

兼容LIN 2.0、LIN 2.1、LIN 2.2、LIN 2.2A和ISO/DIS 17987 - 4標(biāo)準(zhǔn)，為不同的LIN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供了良好的兼容性。

2.3 出色的電氣性能

• 寬工作電壓范圍：支持4V至48V的電源電壓，以及±60V的LIN總線故障保護(hù)，能夠適應(yīng)汽車電氣系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的電壓波動(dòng)和故障情況。
• 高速數(shù)據(jù)傳輸：LIN接收器支持高達(dá)100 kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，可實(shí)現(xiàn)更快的內(nèi)聯(lián)編程，滿足汽車電子系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度的要求。
• 低功耗設(shè)計(jì)：睡眠模式可實(shí)現(xiàn)超低電流消耗，允許通過LIN總線或EN引腳進(jìn)行喚醒，有助于降低汽車電子系統(tǒng)的整體功耗。

2.4 豐富的保護(hù)功能

具備$V_{SUP}$欠壓保護(hù)、熱關(guān)斷保護(hù)和系統(tǒng)級(jí)未供電節(jié)點(diǎn)或接地?cái)嚅_失效防護(hù)等功能，有效保護(hù)器件免受各種故障的影響，提高系統(tǒng)的可靠性。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 車身電子裝置和照明

在汽車車身電子系統(tǒng)中，如車門控制、車窗控制、車燈控制等，TLIN2027-Q1可用于實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 信息娛樂系統(tǒng)與儀表組

在汽車信息娛樂系統(tǒng)和儀表組中，該收發(fā)器可用于傳輸音頻、視頻、車輛狀態(tài)等數(shù)據(jù)，為用戶提供更好的駕駛體驗(yàn)。

3.3 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和動(dòng)力總成系統(tǒng)

在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和動(dòng)力總成系統(tǒng)中，TLIN2027-Q1可用于監(jiān)測(cè)和控制電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)等，確保系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

四、電氣參數(shù)詳解

4.1 絕對(duì)最大額定值

在 - 40°C ≤ $T{A}$ ≤ 125°C的溫度范圍內(nèi)，$V{SUP}$的供應(yīng)電壓范圍為 - 0.3V至60V，$V{LIN}$的LIN總線輸入電壓范圍為 - 60V至60V，$V{LOGIC}$的邏輯引腳電壓范圍為 - 0.3V至6V，環(huán)境溫度范圍為 - 40°C至125°C，結(jié)溫范圍為 - 55°C至150°C。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了安全的電壓和溫度范圍參考。

4.2 ESD和浪涌保護(hù)

該器件具有良好的ESD保護(hù)能力，人體模型（HBM）下，TXD、RXD、EN引腳的ESD等級(jí)為±4000V，LIN和$V_{SUP}$引腳的ESD等級(jí)為±8000V；帶電設(shè)備模型（CDM）下，所有端子的ESD等級(jí)為±1500V。此外，還具備ISO 10605、SAEJ2962 - 1等標(biāo)準(zhǔn)的ESD和浪涌保護(hù)能力，有效防止靜電和浪涌對(duì)器件造成損壞。

4.3 推薦工作條件

推薦的$V{SUP}$供應(yīng)電壓為4V至48V，$V{LIN}$的LIN總線輸入電壓為0V至48V，$V_{LOGIC}$的邏輯引腳電壓為0V至5.25V，熱關(guān)斷溫度為165°C，熱關(guān)斷滯回為15°C。在這些條件下工作，可確保器件的性能和可靠性。

4.4 電氣特性

• 電源參數(shù)：在正常模式、待機(jī)模式和睡眠模式下，器件的供應(yīng)電流不同。例如，正常模式下，總線顯性時(shí)供應(yīng)電流最大為5mA；睡眠模式下，供應(yīng)電流可低至9μA至30μA，具體取決于$V_{SUP}$的電壓值。
• RXD輸出引腳：輸出低電壓最大為0.6V，低電平輸出電流為1.5mA，高電平泄漏電流在 - 5μA至5μA之間。
• TXD輸入引腳：低電平輸入電壓范圍為 - 0.3V至0.8V，高電平輸入電壓范圍為2V至5.5V，低電平輸入泄漏電流在 - 5μA至5μA之間，內(nèi)部下拉電阻值在125kΩ至800kΩ之間。
• LIN引腳：在不同的工作條件下，LIN引腳的高電平輸出電壓和低電平輸出電壓不同，同時(shí)還具備限流、接收泄漏電流等特性，這些參數(shù)對(duì)于設(shè)計(jì)LIN總線電路至關(guān)重要。

4.5 開關(guān)特性

在不同的電源電壓和數(shù)據(jù)傳輸速率下，器件的占空比不同。例如，在20 kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率下，不同電源電壓范圍對(duì)應(yīng)的占空比D1、D2等參數(shù)有所差異，這些參數(shù)影響著LIN總線信號(hào)的傳輸質(zhì)量。

4.6 時(shí)序要求

包括接收器上升和下降傳播延遲時(shí)間、LIN喚醒時(shí)間、清除假喚醒預(yù)防邏輯的時(shí)間、模式更改延遲時(shí)間、正常模式初始化時(shí)間和上電時(shí)間等。例如，接收器上升和下降傳播延遲時(shí)間最大為6μs，LIN喚醒時(shí)間在25μs至150μs之間，這些時(shí)序參數(shù)確保了LIN總線通信的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

五、功能模塊與工作模式

5.1 功能模塊

• LIN總線：作為單總線收發(fā)器，LIN引腳可承受高達(dá)60V的瞬態(tài)電壓，通過阻塞二極管最小化反向電流，確保在接地偏移或電源丟失時(shí)的穩(wěn)定性。
• TXD：用于控制LIN輸出的狀態(tài)，當(dāng)TXD為低時(shí)，LIN輸出為顯性；當(dāng)TXD為高時(shí)，LIN輸出為隱性。
• RXD：用于報(bào)告LIN總線電壓的狀態(tài)，采用開漏輸出結(jié)構(gòu)，可與3.3V和5V的微控制器兼容。
• $V_{SUP}$：電源引腳，通過外部反向阻斷二極管連接到電池，在ECU級(jí)電源丟失時(shí)，LIN引腳的泄漏電流極低，不會(huì)對(duì)總線造成負(fù)載影響。
• GND：設(shè)備接地連接，允許一定的接地偏移，但需確保$V_{SUP}$不低于最小工作電壓，輸入和輸出電壓在適當(dāng)?shù)拈撝捣秶鷥?nèi)。在ECU級(jí)接地丟失時(shí)，LIN引腳的泄漏電流也極低。
• EN：用于控制設(shè)備的工作模式，高電平時(shí)設(shè)備處于正常工作模式，低電平時(shí)設(shè)備進(jìn)入睡眠模式。EN引腳具有內(nèi)部下拉電阻，確保在浮空時(shí)設(shè)備處于低功耗模式。

5.2 工作模式

• 正常模式：當(dāng)EN引腳為高電平時(shí)，設(shè)備處于正常工作模式，接收器和發(fā)射器均處于激活狀態(tài)，支持LIN協(xié)議規(guī)定的最大20 kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。
• 睡眠模式：當(dāng)EN引腳為低電平時(shí)，設(shè)備進(jìn)入睡眠模式，此時(shí)LIN總線驅(qū)動(dòng)器禁用，內(nèi)部LIN總線終端關(guān)閉，但弱電流上拉激活，以防止外部連接丟失時(shí)的假喚醒事件。正常接收器禁用，EN輸入和LIN喚醒接收器保持激活狀態(tài)。
• 待機(jī)模式：當(dāng)設(shè)備在睡眠模式下檢測(cè)到LIN總線的喚醒事件時(shí)，進(jìn)入待機(jī)模式。此時(shí)，LIN總線響應(yīng)器模式終端電路開啟，RXD引腳輸出低電平信號(hào)。當(dāng)EN引腳設(shè)置為高電平且持續(xù)時(shí)間超過tMODE_CHANGE時(shí)，設(shè)備返回正常模式。

六、設(shè)計(jì)與布局要點(diǎn)

6.1 應(yīng)用設(shè)計(jì)

• 響應(yīng)器節(jié)點(diǎn)：對(duì)于響應(yīng)器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用，器件內(nèi)部集成了45 kΩ的上拉電阻和串聯(lián)二極管，無需外部上拉組件。如果微控制器的RXD引腳沒有集成上拉電阻，則需要在RXD和微控制器I/O電源電壓之間添加一個(gè)1 kΩ至10 kΩ的外部上拉電阻。
• 指揮官節(jié)點(diǎn)：對(duì)于指揮官節(jié)點(diǎn)應(yīng)用，需要在LIN引腳和$V{SUP}$引腳之間添加一個(gè)1 kΩ的外部上拉電阻和串聯(lián)二極管。同時(shí)，$V{SUP}$引腳應(yīng)使用一個(gè)100 nF的去耦電容進(jìn)行去耦，以減少電源噪聲的影響。

6.2 布局指南

• 引腳處理：不同引腳具有不同的處理要求。例如，RXD引腳需要一個(gè)1 kΩ至10 kΩ的外部上拉電阻；EN引腳在不使用睡眠模式功能時(shí)，應(yīng)通過一個(gè)1 kΩ至10 kΩ的串聯(lián)電阻拉高到微處理器的穩(wěn)壓電源；TXD引腳可添加串聯(lián)電阻和接地電容來限制輸入電流和過濾噪聲；GND引腳應(yīng)通過短走線和兩個(gè)過孔連接到接地平面，以減少總返回電感；LIN引腳在響應(yīng)器模式應(yīng)用中，可連接一個(gè)220 pF的接地電容，在指揮官模式應(yīng)用中，需要添加額外的串聯(lián)電阻和阻塞二極管；$V_{SUP}$引腳應(yīng)盡可能靠近放置一個(gè)100 nF的去耦電容。
• 整體布局：所有接地和電源連接應(yīng)盡可能短，并使用至少兩個(gè)過孔來最小化總環(huán)路電感。同時(shí)，在PCB設(shè)計(jì)中應(yīng)采用高頻布局技術(shù)，以應(yīng)對(duì)ESD瞬變的寬頻帶特性，并將保護(hù)和濾波電路放置在連接器處，防止噪聲事件進(jìn)一步傳播到PCB和系統(tǒng)中。

七、總結(jié)

TLIN2027-Q1作為一款高性能的LIN收發(fā)器，憑借其嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性、出色的電氣性能、豐富的保護(hù)功能和靈活的工作模式，為汽車LIN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供了可靠的解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇工作模式和外部組件，同時(shí)注意PCB布局的要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。希望本文對(duì)工程師在使用TLIN2027-Q1進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)有所幫助。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似的收發(fā)器設(shè)計(jì)問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。