TJA1043高速CAN收發(fā)器中文技術(shù)資料詳解

一、產(chǎn)品概述

TJA1043是恩智浦半導(dǎo)體（NXP Semiconductors）推出的第三代高速CAN收發(fā)器，專為汽車行業(yè)的高速CAN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計(jì)。作為控制器局域網(wǎng)（CAN）協(xié)議控制器與物理雙線CAN總線之間的接口芯片，TJA1043通過差分信號(hào)傳輸和接收技術(shù)，為微控制器提供可靠的通信能力。該芯片支持CAN和CAN FD協(xié)議，在CAN FD快速階段可實(shí)現(xiàn)高達(dá)5 Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)對(duì)高帶寬和低延遲的需求。

TJA1043的核心優(yōu)勢(shì)在于其改進(jìn)的電磁兼容性（EMC）和靜電放電（ESD）性能。相比前代產(chǎn)品如TJA1041A，TJA1043在抗干擾能力和靜電防護(hù)方面顯著提升，能夠適應(yīng)汽車電子系統(tǒng)中復(fù)雜的電磁環(huán)境。此外，該芯片支持3V至5V的寬電壓供電范圍，可直接與主流微控制器接口，無(wú)需額外的電平轉(zhuǎn)換電路，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

TJA1043符合ISO 11898-2:2016和SAE J2284-1至SAE J2284-5標(biāo)準(zhǔn)，確保了與全球汽車制造商的兼容性。其低功耗設(shè)計(jì)、多種保護(hù)和診斷功能以及靈活的工作模式，使其成為需要始終可用的高速CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的理想選擇。

二、技術(shù)特性

1. 電磁兼容性與靜電放電防護(hù)

TJA1043通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和封裝工藝，顯著提升了電磁兼容性（EMC）和靜電放電（ESD）性能。其總線引腳具備高達(dá)8 kV的ESD防護(hù)能力，能夠有效抵御汽車環(huán)境中常見的靜電沖擊。此外，芯片的低電磁輻射（EME）和高電磁抗擾度（EMI）特性，確保了在復(fù)雜電磁環(huán)境下仍能穩(wěn)定工作。

2. 低功耗設(shè)計(jì)

TJA1043提供了多種低功耗模式，包括待機(jī)模式、睡眠模式和進(jìn)入睡眠模式。在待機(jī)模式下，芯片的電流消耗僅為微安級(jí)；而在睡眠模式下，電流消耗進(jìn)一步降低至納安級(jí)。這種設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)能夠在保持通信能力的同時(shí)，顯著降低功耗，延長(zhǎng)電池壽命。

3. 保護(hù)與診斷功能

TJA1043集成了多種保護(hù)和診斷功能，包括總線短路檢測(cè)、電池連接檢測(cè)、TXD主超時(shí)檢測(cè)、TXD至RXD短路檢測(cè)、熱保護(hù)以及VCC、VIO和VBAT引腳的欠壓檢測(cè)和恢復(fù)。這些功能能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，并在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)觸發(fā)保護(hù)機(jī)制，避免系統(tǒng)損壞。

4. 靈活的工作模式

TJA1043支持五種工作模式：正常模式、僅監(jiān)聽模式、待機(jī)模式、進(jìn)入睡眠模式和睡眠模式。通過EN和STB_N引腳的電平狀態(tài)以及喚醒標(biāo)志的控制，芯片可以在不同模式之間靈活切換。這種設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整功耗和通信能力，實(shí)現(xiàn)高效的電源管理。

5. 寬電壓供電范圍

TJA1043支持3V至5V的寬電壓供電范圍，可直接與主流微控制器接口。其VIO輸入引腳允許將TXD、RXD、STB_N、EN和ERR_N等信號(hào)電平調(diào)整到微控制器的I/O電平，無(wú)需額外的電平轉(zhuǎn)換電路。這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低了成本。

6. 兼容性與標(biāo)準(zhǔn)支持

TJA1043完全符合ISO 11898-2:2016和SAE J2284-1至SAE J2284-5標(biāo)準(zhǔn)，支持CAN和CAN FD協(xié)議。在CAN FD快速階段，芯片能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)5 Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)對(duì)高帶寬的需求。此外，芯片還通過了AEC-Q100認(rèn)證，確保了其在汽車環(huán)境中的可靠性和穩(wěn)定性。

三、引腳功能與封裝

1. 引腳功能

TJA1043提供了多個(gè)關(guān)鍵引腳，包括電源引腳（VCC、VIO、VBAT）、控制引腳（EN、STB_N、WAKE）、數(shù)據(jù)引腳（TXD、RXD）以及狀態(tài)指示引腳（ERR_N、INH）。這些引腳的功能如下：

• VCC：芯片的主電源引腳，供電范圍為4.5V至5.5V。

• VIO：輸入/輸出電壓引腳，允許與3V或5V微控制器直接接口。

• VBAT：電池電壓引腳，用于系統(tǒng)狀態(tài)維護(hù)和供電。

• EN：使能引腳，用于控制芯片的工作模式。

• STB_N：待機(jī)引腳，用于進(jìn)入待機(jī)模式或睡眠模式。

• WAKE：?jiǎn)拘岩_，用于檢測(cè)本地喚醒請(qǐng)求。

• TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)引腳，用于向CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)。

• RXD：接收數(shù)據(jù)引腳，用于從CAN總線接收數(shù)據(jù)。

• ERR_N：錯(cuò)誤指示引腳，用于輸出錯(cuò)誤標(biāo)志和狀態(tài)信息。

• INH：抑制引腳，用于控制外部電源芯片的開關(guān)。

2. 封裝形式

TJA1043提供了SO14和HVSON14兩種封裝形式。SO14封裝采用標(biāo)準(zhǔn)的小外形封裝，適用于傳統(tǒng)的表面貼裝工藝；而HVSON14封裝則采用無(wú)引線設(shè)計(jì)，具有更小的尺寸和更高的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）能力，適用于對(duì)空間要求嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)景。

四、工作模式與狀態(tài)管理

1. 正常模式

在正常模式下，TJA1043通過CANH和CANL引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。此時(shí)，芯片的發(fā)送器和接收器均處于激活狀態(tài)，能夠?qū)崟r(shí)處理總線上的數(shù)據(jù)。正常模式下，芯片的功耗相對(duì)較高，但通信能力最強(qiáng)。

2. 僅監(jiān)聽模式

在僅監(jiān)聽模式下，TJA1043的發(fā)送器被禁用，僅接收器保持激活狀態(tài)。這種模式適用于節(jié)點(diǎn)診斷和故障隔離場(chǎng)景，能夠在不發(fā)送數(shù)據(jù)的情況下監(jiān)測(cè)總線狀態(tài)。僅監(jiān)聽模式下，芯片的功耗顯著降低。

3. 待機(jī)模式

待機(jī)模式是TJA1043的一級(jí)節(jié)電模式。在待機(jī)模式下，芯片無(wú)法發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，但低功率接收器被激活以監(jiān)控總線活動(dòng)。此時(shí)，INH引腳保持高電平，由該引腳控制的電壓調(diào)節(jié)器也保持激活狀態(tài)。待機(jī)模式下，芯片的功耗進(jìn)一步降低。

4. 進(jìn)入睡眠模式

進(jìn)入睡眠模式是TJA1043進(jìn)入睡眠模式的受控路徑。在進(jìn)入睡眠模式前，芯片會(huì)保持待機(jī)模式一段時(shí)間，并附加一個(gè)進(jìn)入睡眠的命令。如果在此期間STB_N或EN引腳的狀態(tài)發(fā)生改變，或者設(shè)置了喚醒標(biāo)志，則芯片將不會(huì)進(jìn)入睡眠模式。

5. 睡眠模式

睡眠模式是TJA1043的二級(jí)節(jié)電模式。在睡眠模式下，芯片的功耗降至最低，INH引腳設(shè)置為浮動(dòng)狀態(tài)，由該引腳控制的電壓調(diào)節(jié)器關(guān)閉。此時(shí)，芯片僅保留最基本的監(jiān)測(cè)功能，以響應(yīng)喚醒請(qǐng)求。

五、保護(hù)與診斷機(jī)制

1. 總線短路檢測(cè)

TJA1043具備總線短路檢測(cè)功能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)CANH和CANL引腳之間的電壓差異。當(dāng)檢測(cè)到總線短路時(shí)，芯片會(huì)觸發(fā)總線故障標(biāo)志，并通過ERR_N引腳輸出錯(cuò)誤信息。

2. 電池連接檢測(cè)

芯片能夠檢測(cè)VBAT引腳上的電壓變化，從而判斷電池連接狀態(tài)。當(dāng)電池?cái)嚅_時(shí)，芯片會(huì)觸發(fā)冷啟動(dòng)診斷標(biāo)志，并在電池重新連接后清除該標(biāo)志。

3. TXD主超時(shí)檢測(cè)

TJA1043具備TXD主超時(shí)檢測(cè)功能，能夠監(jiān)測(cè)TXD引腳上的信號(hào)變化。當(dāng)TXD引腳在連續(xù)四個(gè)顯性-隱性循環(huán)中未發(fā)生變化時(shí)，芯片會(huì)觸發(fā)TXD主超時(shí)標(biāo)志，提示可能存在通信故障。

4. TXD至RXD短路檢測(cè)

芯片能夠檢測(cè)TXD和RXD引腳之間的短路情況。當(dāng)檢測(cè)到短路時(shí)，芯片會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的錯(cuò)誤標(biāo)志，并通過ERR_N引腳輸出錯(cuò)誤信息。

5. 熱保護(hù)與診斷

TJA1043內(nèi)置熱保護(hù)機(jī)制，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)芯片溫度。當(dāng)溫度超過安全閾值時(shí)，芯片會(huì)觸發(fā)熱保護(hù)標(biāo)志，并采取相應(yīng)措施（如降低功耗或關(guān)閉部分功能）以防止損壞。

六、喚醒機(jī)制與源識(shí)別

1. 本地喚醒

當(dāng)WAKE引腳上的邏輯電平發(fā)生變化時(shí)，TJA1043會(huì)檢測(cè)到本地喚醒請(qǐng)求。此時(shí)，芯片會(huì)設(shè)置喚醒標(biāo)志，并通過ERR_N引腳輸出喚醒狀態(tài)信息。

2. 遠(yuǎn)程喚醒

遠(yuǎn)程喚醒請(qǐng)求由至少兩個(gè)總線主導(dǎo)狀態(tài)觸發(fā)。當(dāng)芯片檢測(cè)到符合條件的總線信號(hào)時(shí)，會(huì)觸發(fā)遠(yuǎn)程喚醒標(biāo)志，并啟動(dòng)喚醒流程。

3. 喚醒源識(shí)別

TJA1043能夠識(shí)別喚醒源的類型（本地或遠(yuǎn)程），并通過相應(yīng)的標(biāo)志位進(jìn)行區(qū)分。這一功能有助于系統(tǒng)快速定位喚醒原因，優(yōu)化電源管理策略。

七、應(yīng)用場(chǎng)景與優(yōu)勢(shì)

1. 汽車電子系統(tǒng)

TJA1043廣泛應(yīng)用于汽車電子系統(tǒng)中，如發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）、車身控制模塊（BCM）、安全氣囊系統(tǒng)等。其高可靠性和低功耗特性，使得系統(tǒng)能夠在復(fù)雜電磁環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)延長(zhǎng)電池壽命。

2. 工業(yè)自動(dòng)化

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，TJA1043可用于設(shè)備間的通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。其高速數(shù)據(jù)傳輸能力和強(qiáng)抗干擾能力，能夠滿足工業(yè)環(huán)境對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。

3. 智能家居

隨著智能家居市場(chǎng)的快速發(fā)展，TJA1043也可應(yīng)用于智能家居設(shè)備間的通信。其低功耗設(shè)計(jì)和寬電壓供電范圍，使得設(shè)備能夠適應(yīng)不同的供電環(huán)境，同時(shí)保持高效通信。

八、總結(jié)與展望

TJA1043作為恩智浦半導(dǎo)體的第三代高速CAN收發(fā)器，憑借其改進(jìn)的電磁兼容性、低功耗設(shè)計(jì)、豐富的保護(hù)與診斷功能以及靈活的工作模式，成為汽車電子、工業(yè)自動(dòng)化和智能家居等領(lǐng)域的重要組件。未來，隨著汽車電子化和智能化程度的不斷提升，TJA1043將面臨更高的性能要求和更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。恩智浦半導(dǎo)體將繼續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品性能，推出更多符合市場(chǎng)需求的高速CAN收發(fā)器產(chǎn)品，為行業(yè)發(fā)展提供有力支持。