探索TJA1055：增強(qiáng)型容錯(cuò)CAN收發(fā)器的卓越性能

在汽車電子領(lǐng)域，CAN（Controller Area Network）總線作為一種關(guān)鍵的通信技術(shù)，廣泛應(yīng)用于車輛的各個(gè)系統(tǒng)中。而CAN收發(fā)器則是連接CAN協(xié)議控制器和物理總線線路的重要接口，對(duì)于確保通信的穩(wěn)定和可靠起著至關(guān)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(qiáng)型容錯(cuò)CAN收發(fā)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(yīng)用，最高支持125 kBd的波特率。它是TJA1054和TJA1054A的增強(qiáng)版本，在具備相同功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了多項(xiàng)改進(jìn)。這些改進(jìn)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(jìn)行喚醒信號(hào)傳輸，以及TJA1055T/3型號(hào)可實(shí)現(xiàn)與3V微控制器的接口。

二、特性與優(yōu)勢(shì)

2.1 優(yōu)化的車內(nèi)低速通信

• 引腳兼容性：與TJA1054和TJA1054A引腳兼容，方便工程師進(jìn)行升級(jí)和替換。
• 高節(jié)點(diǎn)連接能力：支持最多32個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接，滿足復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的需求。
• 低電磁干擾：內(nèi)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(fā)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(hào)的抗干擾能力。
• 發(fā)送數(shù)據(jù)超時(shí)功能：TxD主導(dǎo)超時(shí)功能可防止總線因硬件或軟件故障而陷入永久主導(dǎo)狀態(tài)。
• 高ESD魯棒性：對(duì)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(hù)。
• 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(dá)1.5 V的單總線傳輸模式。
• 自動(dòng)模式切換：在總線發(fā)生故障時(shí)，即使CANH總線線路短路到(V_{CC})，也能自動(dòng)切換到單總線模式，并在故障排除后自動(dòng)恢復(fù)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(hù)機(jī)制

• 短路保護(hù)：總線引腳對(duì)電池和地具有短路保護(hù)功能。
• 熱保護(hù)：具備熱保護(hù)功能，防止芯片因過熱而損壞。
• 瞬態(tài)保護(hù)：總線線路在汽車環(huán)境中能夠抵御瞬態(tài)干擾。
• 無電源節(jié)點(diǎn)不干擾總線：未供電的節(jié)點(diǎn)不會(huì)對(duì)總線線路造成干擾，微控制器接口在未供電時(shí)也無反向電流路徑。

2.4 低功耗模式支持

• 睡眠和待機(jī)模式：提供低電流睡眠模式和待機(jī)模式，并可通過總線線路喚醒。
• 軟件可訪問復(fù)位標(biāo)志：軟件可訪問上電復(fù)位標(biāo)志，方便系統(tǒng)的初始化和監(jiān)控。

三、快速參考數(shù)據(jù)

TJA1055的快速參考數(shù)據(jù)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(shù)。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(shí)間限制時(shí)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(shù)據(jù)為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考依據(jù)。

四、訂購(gòu)信息

TJA1055有TJA1055T和TJA1055T/3兩種型號(hào)，其中TJA1055T采用SO14封裝，即塑料小外形封裝，有14個(gè)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(cè)

故障檢測(cè)器在正常工作模式下完全激活，能夠檢測(cè)多種總線故障，并根據(jù)故障類型自動(dòng)切換到合適的模式。例如，當(dāng)檢測(cè)到CANH線路短路到電池或(V_{CC})時(shí)，會(huì)經(jīng)過兩步檢測(cè)后切換到CANL單總線操作；當(dāng)檢測(cè)到CANL線路短路到電池時(shí)，會(huì)切換到CANH單總線操作。在故障恢復(fù)后，也能自動(dòng)檢測(cè)并恢復(fù)到差分模式。同時(shí)，任何線路故障都會(huì)使ERR引腳輸出信號(hào)置為L(zhǎng)OW，故障恢復(fù)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(jī)模式和上電待機(jī)模式。這些模式可通過STB和EN引腳進(jìn)行控制。睡眠模式功耗最低，INH引腳切換到高阻抗?fàn)顟B(tài)，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(fā)出喚醒中斷信號(hào)。待機(jī)模式與睡眠模式類似，但I(xiàn)NH引腳為HIGH電平。上電待機(jī)模式主要用于讀取上電標(biāo)志，ERR引腳顯示電池上電標(biāo)志，RXD引腳顯示喚醒中斷信號(hào)。

5.3 上電操作

上電后（(V_{BAT})接通），INH引腳信號(hào)變?yōu)镠IGH，并設(shè)置內(nèi)部上電標(biāo)志。該標(biāo)志可在上電待機(jī)模式下通過ERR引腳讀取，并在進(jìn)入正常工作模式時(shí)復(fù)位。

5.4 保護(hù)功能

• 電流限制：電流限制電路可保護(hù)發(fā)射器輸出級(jí)免受正負(fù)極電池電壓短路的影響。
• 熱關(guān)斷：當(dāng)結(jié)溫超過典型值175 °C時(shí)，發(fā)射器輸出級(jí)將被禁用，以降低功耗和芯片溫度。
• 電氣瞬態(tài)保護(hù)：CANH和CANL引腳能夠保護(hù)免受汽車環(huán)境中可能出現(xiàn)的電氣瞬態(tài)干擾。

六、性能參數(shù)

6.1 極限值

TJA1055的極限值規(guī)定了各個(gè)引腳的電壓、電流、溫度等參數(shù)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(shè)計(jì)電路時(shí)提供了安全邊界，確保芯片在正常工作范圍內(nèi)運(yùn)行。

6.2 熱特性

熱特性參數(shù)包括結(jié)到環(huán)境的熱阻(R{th(j - a)})和結(jié)到基板的熱阻(R{th(j - s)})，分別為120 K/W和40 K/W。這些參數(shù)對(duì)于評(píng)估芯片在不同散熱條件下的溫度分布和散熱設(shè)計(jì)非常重要。

6.3 靜態(tài)特性

靜態(tài)特性涵蓋了各種引腳的電壓、電流參數(shù)，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(shù)有助于工程師了解芯片在靜態(tài)工作狀態(tài)下的性能表現(xiàn)。

6.4 動(dòng)態(tài)特性

動(dòng)態(tài)特性參數(shù)包括信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳播延遲、延遲時(shí)間等。例如，CANL和CANH引腳從隱性到顯性和從顯性到隱性的轉(zhuǎn)換時(shí)間典型值為0.2 μs，TXD（LOW）到RXD（LOW）的傳播延遲在無故障時(shí)最大為1.5 μs。這些參數(shù)對(duì)于評(píng)估芯片在高速信號(hào)傳輸時(shí)的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

七、測(cè)試與應(yīng)用

7.1 測(cè)試信息

文檔中提供了動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試電路和測(cè)試條件。測(cè)試時(shí)，TXD為50 kHz、占空比為50%、斜率時(shí)間 < 10 ns的矩形信號(hào)，為了滿足CAN總線線路的最小負(fù)載要求，測(cè)試時(shí)不連接125 Ω的終端電阻。通過這些測(cè)試電路和條件，可以準(zhǔn)確測(cè)量芯片的各項(xiàng)性能參數(shù)。

7.2 應(yīng)用示例

文檔還給出了TJA1055的應(yīng)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(shí)際應(yīng)用中提供了參考，幫助他們快速搭建系統(tǒng)。

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(jìn)使得TJA1055在可靠性和抗干擾能力方面更具優(yōu)勢(shì)。

九、總結(jié)

TJA1055作為一款增強(qiáng)型容錯(cuò)CAN收發(fā)器，憑借其出色的特性和性能，在汽車低速CAN通信領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。它不僅具備優(yōu)化的通信能力、強(qiáng)大的故障管理和保護(hù)功能，還支持低功耗模式，能夠滿足汽車電子系統(tǒng)對(duì)可靠性、穩(wěn)定性和低功耗的要求。對(duì)于電子工程師來說，深入了解TJA1055的特性和參數(shù)，將有助于設(shè)計(jì)出更加高效、可靠的CAN通信系統(tǒng)。你在使用類似的CAN收發(fā)器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。