TJA1145高速CAN收發(fā)器：汽車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的理想之選

在汽車電子領(lǐng)域，CAN（Controller Area Network）總線作為一種廣泛應(yīng)用的通信協(xié)議，對(duì)于實(shí)現(xiàn)車輛各系統(tǒng)之間的高效通信至關(guān)重要。NXP推出的TJA1145高速CAN收發(fā)器，憑借其出色的性能和豐富的功能，成為了汽車高速CAN網(wǎng)絡(luò)的理想選擇。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款收發(fā)器。

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一、產(chǎn)品概述

TJA1145是一款高速CAN收發(fā)器，它為CAN協(xié)議控制器和物理雙線CAN總線之間提供了接口。該收發(fā)器專為汽車行業(yè)的高速CAN應(yīng)用而設(shè)計(jì)，具備差分發(fā)送和接收能力，可與帶有CAN協(xié)議控制器的微控制器配合使用。

其顯著特點(diǎn)包括：在待機(jī)和睡眠模式下功耗極低；支持ISO 11898 - 2:2016標(biāo)準(zhǔn)的CAN部分網(wǎng)絡(luò)功能，通過(guò)選擇性喚醒功能實(shí)現(xiàn)節(jié)能；TJA1145/FD變體還具備“FD - passive”功能，可在睡眠/待機(jī)模式下忽略CAN FD幀，適用于同時(shí)支持CAN FD和標(biāo)準(zhǔn)CAN 2.0通信的網(wǎng)絡(luò)。此外，它還擁有先進(jìn)的電源管理系統(tǒng)，能調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的電源供應(yīng)，支持本地和遠(yuǎn)程喚醒功能，并且I/O電平可自動(dòng)調(diào)整以適應(yīng)控制器的I/O電平，可直接與3.3V至5V的微控制器接口。

二、產(chǎn)品特性與優(yōu)勢(shì)

2.1 通用特性

• 標(biāo)準(zhǔn)兼容性：符合ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 4標(biāo)準(zhǔn)，保證了數(shù)據(jù)速率高達(dá)2 Mbit/s時(shí)的通信可靠性。
• 自主總線偏置：根據(jù)ISO 11898 - 2:2016實(shí)現(xiàn)自主總線偏置，優(yōu)化了車載高速CAN通信。
• 避免誤喚醒：TJA1145/FD變體不會(huì)因CAN FD而產(chǎn)生“誤喚醒”現(xiàn)象。

2.2 汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)

• 靜電放電保護(hù)：CAN總線引腳具有±8 kV（人體模型HBM）的靜電放電保護(hù)，BAT和WAKE引腳以及CAN總線引腳具有±6 kV（IEC 61000 - 4 - 2）的靜電放電保護(hù)。
• 短路保護(hù)：CAN總線引腳具備±58 V的短路保護(hù)能力。
• 瞬態(tài)保護(hù)：電池和CAN總線引腳根據(jù)ISO 7637 - 3標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)測(cè)試脈沖1、2a、3a和3b具備瞬態(tài)保護(hù)。
• 系統(tǒng)適用性：適用于12V和24V系統(tǒng)。
• 封裝形式：提供SO14和無(wú)鉛HVSON14（3 mm × 4.5 mm）封裝，具有更好的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）能力。
• 質(zhì)量認(rèn)證：通過(guò)AEC - Q100認(rèn)證，為汽車應(yīng)用提供了可靠的質(zhì)量保障。
• 環(huán)保特性：屬于暗綠色產(chǎn)品，無(wú)鹵素且符合有害物質(zhì)限制（RoHS）標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 先進(jìn)的ECU電源管理系統(tǒng)

• 低功耗模式：具備極低電流的待機(jī)和睡眠模式，同時(shí)擁有完整的喚醒能力。
• 電源控制：可通過(guò)抑制輸出關(guān)閉整個(gè)節(jié)點(diǎn)的電源。
• 喚醒方式：支持通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)CAN喚醒模式或ISO 11898 - 2:2016標(biāo)準(zhǔn)的選擇性喚醒幀檢測(cè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程喚醒，也可通過(guò)WAKE引腳實(shí)現(xiàn)本地喚醒。
• 喚醒源識(shí)別：能夠識(shí)別喚醒源。
• 數(shù)據(jù)速率支持：在選擇性喚醒期間支持50 kbit/s、100 kbit/s、125 kbit/s、250 kbit/s、500 kbit/s和1 Mbit/s的比特率。
• 功耗控制：可禁用本地和/或遠(yuǎn)程喚醒以降低電流消耗。
• 電池移除處理：當(dāng)電池供電移除時(shí)，收發(fā)器會(huì)與總線斷開連接。
• 接口兼容性：VIO輸入允許直接與3.3V至5V的微控制器接口。

2.4 保護(hù)與診斷功能

• SPI接口：提供16位、24位或32位的SPI接口，用于配置、控制和診斷。
• 發(fā)送數(shù)據(jù)超時(shí)：具備發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD）主導(dǎo)超時(shí)功能，并可進(jìn)行診斷。
• 過(guò)溫保護(hù)：提供過(guò)溫警告和關(guān)閉功能。
• 欠壓檢測(cè)：可檢測(cè)VCC、VIO和BAT引腳的欠壓情況，并進(jìn)行恢復(fù)。
• 冷啟動(dòng)診斷：通過(guò)PO和NMS位進(jìn)行冷啟動(dòng)診斷。
• 中斷處理：具備先進(jìn)的系統(tǒng)和收發(fā)器中斷處理能力。

三、關(guān)鍵參數(shù)

3.1 快速參考數(shù)據(jù)

3.2 熱特性

3.3 靜態(tài)特性

靜態(tài)特性涵蓋了各種引腳的電壓、電流、電阻等參數(shù)，如CAN總線引腳的輸出電壓、輸入電阻，SPI接口的開關(guān)閾值電壓等，這些參數(shù)確保了收發(fā)器在不同工作條件下的穩(wěn)定性能。

3.4 動(dòng)態(tài)特性

動(dòng)態(tài)特性包括啟動(dòng)時(shí)間、欠壓檢測(cè)延遲時(shí)間、SPI接口和CAN收發(fā)器的各種時(shí)序參數(shù)等。例如，啟動(dòng)時(shí)間從V BAT超過(guò)電源開啟檢測(cè)閾值到INH激活的典型值為2.8 ms，CAN收發(fā)器從TXD到總線的延遲時(shí)間等參數(shù)也都有明確規(guī)定，這些參數(shù)對(duì)于保證通信的及時(shí)性和準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

四、工作模式

4.1 系統(tǒng)控制器工作模式

TJA1145的系統(tǒng)控制器支持五種工作模式：正常、待機(jī)、睡眠、過(guò)溫和關(guān)閉。

• 正常模式：為活躍工作模式，此時(shí)TJA1145完全運(yùn)行，所有設(shè)備硬件均可使用?？赏ㄟ^(guò)SPI命令（MC = 111）從待機(jī)或睡眠模式切換到正常模式。
• 待機(jī)模式：是一級(jí)節(jié)能模式，電流消耗低。在此模式下，收發(fā)器無(wú)法發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，但I(xiàn)NH引腳保持活躍，由該引腳控制的電壓調(diào)節(jié)器將處于工作狀態(tài)。若啟用遠(yuǎn)程CAN喚醒（CWE = 1），接收器會(huì)監(jiān)測(cè)總線活動(dòng)以獲取喚醒請(qǐng)求。
• 睡眠模式：是二級(jí)節(jié)能模式，與待機(jī)模式類似，但I(xiàn)NH引腳設(shè)置為高阻態(tài)，由該引腳控制的電壓調(diào)節(jié)器將關(guān)閉，BAT引腳的電流將降至最低。任何啟用的喚醒或中斷事件（除SPIF外），或SPI命令（前提是連接了有效的V IO電壓）都可將收發(fā)器從睡眠模式喚醒。
• 關(guān)閉模式：當(dāng)電池電壓過(guò)低無(wú)法為IC供電時(shí)，TJA1145處于關(guān)閉模式。這是電池首次連接時(shí)的默認(rèn)模式。當(dāng)電池電壓下降到電源關(guān)閉閾值以下時(shí)，TJA1145將從任何模式切換到關(guān)閉模式。
• 過(guò)溫模式：為防止TJA1145因過(guò)熱受損而設(shè)置。當(dāng)全局芯片溫度超過(guò)過(guò)溫保護(hù)激活閾值時(shí)，TJA1145將立即從正常模式切換到過(guò)溫模式。在此模式下，CAN發(fā)射器和接收器將被禁用，CAN引腳處于高阻態(tài)。

4.2 CAN收發(fā)器工作模式

CAN收發(fā)器支持四種工作模式：活動(dòng)、監(jiān)聽、離線和離線偏置。

• CAN活動(dòng)模式：收發(fā)器可通過(guò)CANH和CANL發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。當(dāng)CMC = 01或10時(shí)可選擇此模式，且在不同條件下有不同的工作表現(xiàn)。
• CAN監(jiān)聽模式：允許TJA1145在收發(fā)器不活躍時(shí)監(jiān)測(cè)總線活動(dòng)，而不影響總線電平，可用于開發(fā)工具或軟件驅(qū)動(dòng)的選擇性喚醒。
• CAN離線和離線偏置模式：在CAN離線模式下，若啟用CAN喚醒檢測(cè)（CWE = 1），收發(fā)器將監(jiān)測(cè)CAN總線的喚醒事件，CANH和CANL偏置到GND；CAN離線偏置模式與CAN離線模式類似，但CAN總線偏置到2.5 V。
• CAN關(guān)閉模式：當(dāng)TJA1145切換到關(guān)閉或過(guò)溫模式，或V BAT低于CAN接收器欠壓檢測(cè)閾值時(shí)，CAN收發(fā)器將完全關(guān)閉，總線線路浮空。

五、CAN部分網(wǎng)絡(luò)功能

5.1 喚醒幀

喚醒幀是符合ISO 11898 - 1:2015的CAN幀，由標(biāo)識(shí)符字段（ID）、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼（DLC）、數(shù)據(jù)字段和循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）代碼組成。通過(guò)幀控制寄存器中的IDE位可選擇喚醒幀的格式（標(biāo)準(zhǔn)11位或擴(kuò)展29位）。有效喚醒幀的標(biāo)識(shí)符存儲(chǔ)在ID寄存器中，可通過(guò)ID掩碼定義一組標(biāo)識(shí)符，使單個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠識(shí)別多個(gè)有效標(biāo)識(shí)符。數(shù)據(jù)字段用于指示要喚醒的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)與數(shù)據(jù)掩碼比較，可同時(shí)喚醒多個(gè)節(jié)點(diǎn)組。

5.2 CAN FD幀

CAN FD即“具有靈活數(shù)據(jù)速率的CAN”，TJA1145x/FD變體支持FD - passive功能。當(dāng)CFDC = 1時(shí)，每次接收到CAN FD幀的控制字段時(shí)，錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器會(huì)遞減，TJA1145x/FD在啟用部分網(wǎng)絡(luò)的情況下保持低功耗模式。CAN FD幀不會(huì)被識(shí)別為有效喚醒幀，接收控制字段后，TJA1145x/FD將忽略后續(xù)總線信號(hào)，直到再次檢測(cè)到空閑狀態(tài)。

5.3 CAN部分網(wǎng)絡(luò)配置寄存器

為配置CAN部分網(wǎng)絡(luò)，提供了專用寄存器，如數(shù)據(jù)速率寄存器、ID寄存器、ID掩碼寄存器、幀控制寄存器和數(shù)據(jù)掩碼寄存器等，這些寄存器可用于設(shè)置CAN數(shù)據(jù)速率、喚醒幀的標(biāo)識(shí)符和數(shù)據(jù)掩碼等參數(shù)。

六、故障安全特性

6.1 TXD主導(dǎo)超時(shí)

當(dāng)收發(fā)器處于活動(dòng)模式且TXD引腳被強(qiáng)制為低電平時(shí)，TXD主導(dǎo)超時(shí)定時(shí)器啟動(dòng)。若TXD引腳的低電平狀態(tài)持續(xù)時(shí)間超過(guò)TXD主導(dǎo)超時(shí)時(shí)間，發(fā)射器將被禁用，釋放總線線路為隱性狀態(tài)，防止硬件或軟件應(yīng)用故障導(dǎo)致總線線路永久處于顯性狀態(tài)。

6.2 TXD引腳拉上電阻

TXD引腳具有內(nèi)部上拉電阻，可確保在引腳浮空時(shí)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)為安全的隱性狀態(tài)。

6.3 VCC欠壓事件

當(dāng)VCC引腳的CAN收發(fā)器供電電壓低于欠壓檢測(cè)閾值（CMC = 01時(shí)），將生成啟用的CAN故障中斷，同時(shí)狀態(tài)位VCS設(shè)置為1。

6.4 BAT引腳電源丟失

BAT引腳電源丟失對(duì)總線線路或微控制器無(wú)影響，不會(huì)有反向電流從總線流出。

七、喚醒與中斷事件診斷

7.1 本地喚醒

通過(guò)WAKE引腳事件捕獲使能寄存器中的WPRE和WPFE位可啟用本地喚醒。WAKE引腳的低到高（WPRE = 1）和/或高到低（WPE = 1）轉(zhuǎn)換可觸發(fā)喚醒事件，為本地喚醒電路設(shè)計(jì)提供了最大的靈活性。

7.2 喚醒和中斷事件診斷

TJA1145的喚醒和中斷事件診斷功能旨在為微控制器提供一系列功能和特性的狀態(tài)信息。這些信息存儲(chǔ)在事件狀態(tài)寄存器中，并通過(guò)RXD引腳發(fā)出信號(hào)（若啟用）。區(qū)分了常規(guī)喚醒事件和中斷事件，PO和PNFDE中斷始終被捕獲，其他事件的喚醒和中斷檢測(cè)可通過(guò)事件捕獲使能寄存器單獨(dú)啟用或禁用。

7.3 中斷/喚醒延遲

為減少頻繁的喚醒或中斷事件對(duì)軟件處理時(shí)間的影響，TJA1145內(nèi)置了中斷/喚醒延遲定時(shí)器。當(dāng)事件捕獲狀態(tài)位被清除時(shí)，RXD引腳釋放為高電平并啟動(dòng)定時(shí)器。若在定時(shí)器運(yùn)行期間發(fā)生其他事件，相關(guān)狀態(tài)位將被設(shè)置。定時(shí)器到期后，若有一個(gè)或多個(gè)事件待處理，RXD引腳將再次變?yōu)榈碗娖揭蕴嵝盐⒖刂破鳌?/p>

7.4 睡眠模式保護(hù)

在TJA1145切換到睡眠模式時(shí)，正確配置事件檢測(cè)至關(guān)重要，以確保其能響應(yīng)喚醒事件。因此，在切換到睡眠模式之前，必須啟用至少一個(gè)常規(guī)喚醒事件，并清除所有事件狀態(tài)位，否則TJA1145將響應(yīng)進(jìn)入睡眠模式的命令而切換到待機(jī)模式。

八、SPI接口

8.1 簡(jiǎn)介

SPI（Serial Peripheral Interface）為與微控制器的通信提供了鏈路，支持多從機(jī)操作。SPI配置為全雙工數(shù)據(jù)傳輸，在輸入新控制數(shù)據(jù)時(shí)返回狀態(tài)信息，還提供只讀訪問(wèn)選項(xiàng)，允許應(yīng)用程序在不改變寄存器內(nèi)容的情況下讀取寄存器。SPI使用四個(gè)接口信號(hào)進(jìn)行同步和數(shù)據(jù)傳輸：SCSN（SPI芯片選擇）、SCK（SPI時(shí)鐘）、SDI（SPI數(shù)據(jù)輸入）和SDO（SPI數(shù)據(jù)輸出）。

8.2 寄存器映射

可尋址的寄存器空間包含128個(gè)寄存器，地址從0x00到0x7F。詳細(xì)介紹了各個(gè)寄存器的功能，如模式控制寄存器、主狀態(tài)寄存器、系統(tǒng)事件使能寄存器等，這些寄存器用于控制TJA1145的工作模式、監(jiān)測(cè)狀態(tài)和配置各種功能。

8.3 寄存器配置

在TJA1145從一種工作模式切換到另一種工作模式時(shí)，一些寄存器位可能會(huì)自動(dòng)改變狀態(tài)，特別是在切換到關(guān)閉模式或因欠壓事件強(qiáng)制切換到睡眠模式時(shí)。文檔詳細(xì)列出了不同工作模式下各個(gè)寄存器位的設(shè)置情況。

九、應(yīng)用與測(cè)試

9.1 應(yīng)用信息

提供了典型應(yīng)用圖，展示了TJA1145在實(shí)際應(yīng)用中的連接方式。對(duì)于總線線路終端節(jié)點(diǎn)，建議使用60 Ω的電阻進(jìn)行“拆分終端概念”；對(duì)于子節(jié)點(diǎn)，可根據(jù)OEM要求使用可選的“弱”終端電阻，如1.3 kΩ。同時(shí)，還可參考NXP的應(yīng)用提示文檔TR1309獲取更多應(yīng)用信息。

9.2 測(cè)試信息

給出了CAN收發(fā)器的定時(shí)測(cè)試電路和測(cè)量收發(fā)器驅(qū)動(dòng)對(duì)稱性的測(cè)試電路，為產(chǎn)品的測(cè)試和驗(yàn)證提供了依據(jù)。該產(chǎn)品已通過(guò)汽車電子委員會(huì)（AEC）標(biāo)準(zhǔn)Q100 Rev - G的認(rèn)證，適用于汽車應(yīng)用。

十、封裝與焊接

10.1 封裝

TJA1145提供SO14和HVSON14兩種封裝形式，并詳細(xì)給出了兩種封裝的尺寸和相關(guān)參數(shù)。

10.2 焊接

介紹了SMD封裝的焊接方法，包括波峰焊和回流焊。波峰焊適