探索TJA1044：高性能高速CAN收發(fā)器的卓越之選

在汽車電子領(lǐng)域，高速CAN（Controller Area Network）收發(fā)器是實現(xiàn)可靠通信的關(guān)鍵組件。NXP的TJA1044作為Mantis系列高速CAN收發(fā)器的一員，憑借其出色的性能和豐富的特性，成為了眾多汽車應(yīng)用的理想選擇。今天，我們就來深入了解一下這款TJA1044高速CAN收發(fā)器。

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一、TJA1044概述

TJA1044為CAN協(xié)議控制器和物理雙線CAN總線之間搭建了橋梁，專為汽車行業(yè)的高速CAN應(yīng)用量身打造。它具備差分發(fā)送和接收能力，能與帶有CAN協(xié)議控制器的微控制器完美配合。相較于NXP的前代CAN收發(fā)器，如TJA1040和TJA1042，TJA1044在功能上有了顯著提升，并且擁有出色的電磁兼容性（EMC）。

特性亮點

1. 理想的無源特性：當(dāng)電源電壓關(guān)閉時，對CAN總線呈現(xiàn)理想的無源特性，降低對總線的影響。
2. 低電流待機(jī)模式：具備極低的待機(jī)電流，同時支持本地和總線喚醒功能，滿足低功耗應(yīng)用需求。
3. 優(yōu)秀的EMC性能：即使不使用共模扼流圈，也能展現(xiàn)出出色的電磁兼容性，減少電磁干擾。
4. 靈活的接口適配：帶有$V{IO}$引腳的變體可直接與3.3V - 5V的微控制器接口，而無$V{IO}$引腳的變體在微控制器I/O為5V tolerant的情況下，也能與3.3V（除TJA1044C）和5V的微控制器兼容。
5. 支持CAN FD：該收發(fā)器實現(xiàn)了ISO 11898 - 2:2024第三版和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5定義的CAN物理層，TJA1044T數(shù)據(jù)速率可達(dá)1 Mbit/s，其他變體在CAN FD快速階段數(shù)據(jù)速率可達(dá)5 Mbit/s，TJA1044B和TJA1044C具有更短的傳播延遲，可支持更大的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/li>

二、特性與優(yōu)勢詳解

（一）通用特性

TJA1044完全符合ISO 11898 - 2:2024、SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5以及SAE J1939 - 14標(biāo)準(zhǔn)，通過AEC - Q100認(rèn)證，是無鹵素且符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保產(chǎn)品。它具有低電磁輻射和高電磁抗擾度，滿足IEC - TS62228和SAE J2962 - 2:2019等EMC標(biāo)準(zhǔn)。

（二）可預(yù)測和故障安全行為

在所有電源條件下，其功能行為具有可預(yù)測性。當(dāng)電源電壓低于關(guān)斷欠壓閾值時，收發(fā)器會從總線斷開（高阻態(tài)），避免對總線造成影響。同時，它還具備TXD主導(dǎo)超時功能和TXD與STB輸入引腳的內(nèi)部偏置，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（三）低功耗管理

TJA1044的低電流待機(jī)模式支持主機(jī)和總線喚醒。帶有$V{IO}$引腳的變體，其CAN喚醒接收器由$V{IO}$供電，允許$V_{CC}$關(guān)閉，進(jìn)一步降低功耗。部分變體的CAN喚醒模式濾波時間為0.5 μs - 1.8 μs，可滿足經(jīng)典CAN和CAN FD的要求。

（四）保護(hù)功能

該收發(fā)器在總線引腳具有高ESD處理能力（8 kV IEC和HBM），能有效防止靜電放電對器件的損壞。總線引腳還能抵御汽車環(huán)境中的瞬態(tài)干擾，同時具備$V{CC}$和$V{IO}$引腳的欠壓檢測以及熱保護(hù)功能，確保在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。

（五）CAN FD支持

除TJA1044T外的所有產(chǎn)品變體均支持CAN FD，可保證CAN FD數(shù)據(jù)速率高達(dá)5 Mbit/s的時序，滿足高速數(shù)據(jù)傳輸需求。

三、關(guān)鍵參數(shù)速覽

（一）電源參數(shù)

• $V_{CC}$：電源電壓范圍為4.5V - 5.5V。
• $I_{CC}$：待機(jī)模式下，不同變體的電流有所不同，如TJA1044T、GT、GTK為10 - 15 μA，TJA1044C為10 - 17.5 μA，帶$V_{IO}$引腳的變體為0.1 - 1 μA；正常模式下，總線隱性時為2 - 10 mA，總線顯性時為20 - 60 mA。
• $V_{IO}$：$V_{IO}$引腳的電源電壓范圍為2.91V - 5.5V，待機(jī)模式下電流為10 - 16.5 μA，正常模式下，總線隱性時為10 - 30 μA，總線顯性時為170 - 300 μA。

（二）其他參數(shù)

• ESD電壓：CANH和CANL引腳的靜電放電電壓為 - 8 kV至 + 8 kV。
• 溫度范圍：虛擬結(jié)溫范圍為 - 40°C至 + 150°C，存儲溫度范圍為 - 55°C至 + 150°C。

四、功能描述

（一）工作模式

TJA1044支持正常和待機(jī)兩種工作模式，通過STB引腳進(jìn)行選擇。

• 正常模式：STB引腳為低電平時，收發(fā)器可通過CANH和CANL總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。差分接收器將總線上的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，從RXD引腳輸出。內(nèi)部會控制總線輸出信號的斜率，以確保最低的電磁輻射。
• 待機(jī)模式：STB引腳為高電平時，收發(fā)器進(jìn)入待機(jī)模式，此時無法正常進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。為降低電源電流，發(fā)射機(jī)和正常模式接收器模塊會關(guān)閉，僅由低功耗差分接收器監(jiān)測總線活動。總線引腳會偏置到地，以最小化系統(tǒng)電源電流。當(dāng)檢測到喚醒請求后，RXD引腳會跟隨總線狀態(tài)；當(dāng)STB引腳被強(qiáng)制為低電平時，將觸發(fā)切換到正常模式。

（二）遠(yuǎn)程喚醒

當(dāng)總線上檢測到符合ISO 11898 - 2:2024規(guī)定的專用喚醒模式時，TJA1044可從待機(jī)模式喚醒。喚醒模式由至少$t{wake(busdom)}$的顯性相位、至少$t{wake(busrec)}$的隱性相位和至少$t_{wake(busdom)}$的顯性相位組成，可有效避免誤喚醒事件。

（三）故障安全特性

• TXD主導(dǎo)超時功能：當(dāng)TXD引腳置為低電平時，啟動“TXD主導(dǎo)超時”定時器。如果該引腳的低電平狀態(tài)持續(xù)時間超過$t_{o(dom)TXD}$，發(fā)射機(jī)將被禁用，總線釋放為隱性狀態(tài)，防止硬件或軟件故障導(dǎo)致總線一直處于顯性狀態(tài)，影響網(wǎng)絡(luò)通信。當(dāng)TXD引腳置為高電平時，定時器復(fù)位。
• TXD和STB輸入引腳的內(nèi)部偏置：TXD和STB引腳內(nèi)部有上拉到$V{CC}$（帶$V{IO}$引腳的變體為$V_{IO}$）的電阻，確保在引腳浮空時處于安全、定義的狀態(tài)。為最小化電源電流，在待機(jī)模式下，這兩個引腳應(yīng)保持高電平。
• $V{CC}$和$V{IO}$引腳的欠壓檢測：當(dāng)$V{CC}$低于待機(jī)欠壓檢測電平$V{uvd(stb)(VCC)}$時，收發(fā)器切換到待機(jī)模式，直到$V{CC}$恢復(fù)。對于帶$V{IO}$引腳的版本，當(dāng)$V{IO}$低于關(guān)斷欠壓檢測電平$V{uvd(swoff)(VIO)}$時，收發(fā)器關(guān)閉并從總線斷開，直到$V_{IO}$恢復(fù)。
• 過溫保護(hù)：輸出驅(qū)動器具備過溫保護(hù)功能。當(dāng)虛擬結(jié)溫超過關(guān)斷結(jié)溫$T{j(sd)}$時，兩個輸出驅(qū)動器將被禁用；當(dāng)虛擬結(jié)溫再次低于$T{j(sd)}$，且TXD引腳復(fù)位為高電平時，輸出驅(qū)動器恢復(fù)工作，可防止因溫度小幅度變化導(dǎo)致輸出驅(qū)動器振蕩。

（四）$V_{IO}$電源引腳

TJA1044GT(K)/3和TJA1044BT(K)變體帶有$V{IO}$引腳，應(yīng)連接到微控制器的電源電壓，可將TXD、RXD和STB引腳的信號電平調(diào)整到微控制器的I/O電平。同時，$V{IO}$引腳還為收發(fā)器中的低功耗差分接收器提供內(nèi)部電源，在低功耗模式下，即使$V_{CC}$引腳無電源電壓，也能監(jiān)測總線活動。

五、應(yīng)用與測試

（一）應(yīng)用信息

TJA1044所需的外部電路最少，典型應(yīng)用圖展示了與5V和3.3V微控制器的連接方式。進(jìn)一步的應(yīng)用提示可參考NXP應(yīng)用提示AH1308。

（二）測試信息

產(chǎn)品提供了CAN收發(fā)器定時測試電路和測量收發(fā)器發(fā)射驅(qū)動器對稱性的測試電路。該產(chǎn)品已通過AEC標(biāo)準(zhǔn)Q100 Rev - G認(rèn)證，適用于汽車應(yīng)用。

六、封裝與焊接

（一）封裝形式

TJA1044有SO8和無鉛HVSON8（3.0 mm × 3.0 mm）兩種封裝形式，HVSON8封裝具有更好的自動光學(xué)檢測（AOI）能力。

（二）焊接方法

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，包括波峰焊和回流焊。波峰焊適用于通孔元件和一些表面貼裝器件（SMD），但不適用于細(xì)間距SMD；回流焊則適用于小間距和高密度的元件。在焊接過程中，需要考慮電路板規(guī)格、封裝尺寸、濕度敏感性等因素，同時要遵循相關(guān)的焊接溫度曲線，以確保焊接質(zhì)量。

七、總結(jié)

TJA1044高速CAN收發(fā)器憑借其豐富的特性、出色的性能和可靠的保護(hù)功能，在汽車高速CAN應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢。無論是低功耗管理、故障安全設(shè)計還是對CAN FD的支持，都使其成為汽車電子工程師的理想選擇。在實際應(yīng)用中，工程師們可以根據(jù)具體需求選擇合適的變體和封裝形式，并遵循相關(guān)的應(yīng)用和焊接指導(dǎo)，以充分發(fā)揮TJA1044的性能。你在使用CAN收發(fā)器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。