探索UJA113xA系列Buck/Boost HS - CAN/(Dual) LIN系统基础芯片的卓越性能

在汽车电子控制单元（ECU）的设计领域，系统基础芯片（SBC）的性能起着至关重要的作用。今天，我们就来深入探讨NXP Semiconductors推出的UJA113xA系列Buck/Boost HS - CAN/(Dual) LIN系统基础芯片，看看它究竟有哪些独特之处，能为我们的设计带来怎样的便利和优势。

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1. 芯片概述

UJA113xA SBC集成了高效的降压 - 升压转换器，具备一系列现代汽车ECU常见的功能。它能直接与CAN和LIN总线连接，为微控制器供电，处理输入输出信号，还支持包括看门狗和高级“跛行回家”功能等故障安全特性，并且这些配置可通过非易失性存储器进行调整。

为了满足低电池供电电压和低功耗的需求，UJA113xA集成了具有自动降压（Buck模式）或升压（Boost模式）功能的开关模式电源（SMPS）。在Boost模式下，UJA1131A和UJA1132A变体能够在电池电压下降时持续为微控制器供电，确保系统不间断运行。而UJA1135A和UJA1136A的升压级虽然输出电流能力有限，但足以维持微控制器内存的供电，防止信息丢失。此外，该芯片实现了ISO 11898 - 2:2016标准的CAN物理层，支持CAN FD快速阶段高达5 Mbit/s的数据速率，为高速通信提供了保障。

2. 特性与优势

2.1 通用功能

UJA113xA具备通用SBC的各项功能，如集成的降压 - 升压转换器、5 V/3.3 V电压调节器（可提供高达500 mA的电流）、CAN收发器和最多两个LIN收发器等。它还拥有双通道电池监测功能、带窗口和超时模式的看门狗以及片上振荡器，通过SPI与微控制器进行通信。同时，它适用于标称12 V系统的道路车辆，具有出色的电磁兼容性（EMC）性能和静电放电（ESD）保护能力，还支持通过CAN总线进行远程闪存编程。其紧凑的10 mm × 10 mm HTQFP48封装具有低热阻，并且是符合环保标准的暗绿色产品，与UJA113x产品家族在硬件和软件上兼容。

2.2 集成的降压 - 升压转换器（SMPS）

SMPS仅需一个外部线圈和一些电容就能实现功能，具有自动降压或升压模式选择功能，能根据输入电压和输出负载条件自动切换。在Boost模式下，即使输入电压很低，也能维持输出电压稳定。此外，它还具有软启动功能，可作为V1和V2的预调节器，能有效减少V1和V2输出的纹波，输出电压可通过SPI进行选择。当输出负载较轻时，还可切换到直通模式，以降低电流消耗。

2.3 低压降电压调节器（LDOs）

主电压调节器V1可提供5 V或3.3 V的标称输出电压，输出电流能力高达500 mA，在待机模式下能承受500 mA的瞬态负载电流跳跃。它具有电流限制、欠压复位等功能，输出精度可达±2 %，还具备短路保护和集成钳位功能，能确保输出电压不超过6 V。辅助电压调节器V2的输出级可配置，标称输出电压为5 V，同样具有高精度、出色的瞬态响应和短路保护功能。

2.4 CAN收发器

该收发器符合ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5标准，支持CAN FD主动通信，在CAN FD数据字段中数据速率可达5 Mbit/s。它具有自主总线偏置功能，当电源引脚BAT断电时，CAN总线连接真正浮空。UJA113xAHW/xFx变体支持符合ISO 11898 - 2:2016的CAN部分网络，具有选择性唤醒功能，能忽略Sleep/Standby模式下的CAN FD总线流量，非常适合同时支持CAN FD和经典CAN通信的网络。

2.5 LIN收发器

根据所选设备，可提供一个或两个通道，符合LIN2.x、ISO 17987 - 4:2016（12 V）和SAE J2602标准，向下兼容LIN 1.3。它集成了LIN响应器终端，通过优化曲线整形提高了EMC发射性能。

2.6 高压输入输出引脚（HVIOs）

UJA113xA包含4或8个高压输入输出引脚，可配置为高边或低边驱动器或唤醒输入。这些引脚具有低导通电阻、短路和开路负载检测、反向电流保护等功能，还可单独配置以响应电池欠压和/或过压而关闭。此外，它们还可配置为具有唤醒功能的输入，能报告唤醒源，并可进行连续或周期性的输入电平采样。部分HVIOs还可配置为跛行回家输出。

2.7 A/D转换器用于监测电池电压

该A/D转换器具有10位分辨率，在20 V满量程下精度可达±300 mV，有两个通道，可连续测量电池电压。当测量的电源电压超出定义范围时，可选择触发软件中断和/或关闭相关功能。

2.8 电源管理

UJA113xA可通过CAN、LIN或HVIO引脚唤醒，并能识别唤醒源。HVIO唤醒输入功能可禁用以降低电流消耗，还提供周期性输出信号用于偏置各种唤醒应用。它具有低电流的待机和睡眠模式，能根据电池和SMPS输出电压自动切换工作模式。

2.9 系统控制和诊断特性

系统控制器管理寄存器配置，控制SBC的内部功能，收集详细的设备状态信息并提供给微控制器，还能生成复位和中断信号。看门狗支持三种操作模式，可通过寄存器进行配置，并且具有冗余状态和重新配置保护功能，防止配置错误。系统复位可由多种事件触发，复位源可通过读取主SBC状态寄存器中的相关位来识别。EN输出可用于控制外部硬件，根据不同的配置和电池电压情况进行相应操作。LIMP引脚可在ECU故障时启用“跛行回家”硬件，还有高级跛行回家功能通过HVIO2、HVIO3和HVIO4引脚实现。

3. 产品家族概述

UJA113xA系列有多种变体，不同变体在Buck/Boost SMPS、电压调节器、CAN和LIN收发器、HVIO引脚等功能上存在差异，用户可根据具体应用需求进行选择。

4. 电气特性

4.1 极限值

文档详细列出了各引脚的电压、电流、温度等极限值，如引脚V1的最大电压为6 V，引脚CANH和CANL相对于任何其他引脚的电压范围为 - 58 V至 + 58 V等，这些极限值为我们在设计时提供了重要的参考，确保芯片在安全的范围内工作。

4.2 热特性

根据JEDEC标准测试，该芯片具有一定的热阻和热特性参数，如从虚拟结到环境的热阻为29 K/W，这有助于我们在设计散热方案时进行合理的规划。

4.3 静态特性

在不同的温度和电压条件下，对芯片的各种静态特性进行了测试，包括电源电流、功率检测阈值、电压源输出电压、电阻等。例如，在待机模式下，不同温度下的电源电流有所不同，这能帮助我们评估芯片在不同工作状态下的功耗情况。

4.4 动态特性

芯片的动态特性包括SMPS的开关频率、调节超时时间、电池供应的启动时间、电压源的欠压和过压检测时间等。这些特性对于我们理解芯片在动态变化过程中的响应速度和稳定性非常重要，例如SMPS的调节超时时间为137 - 203 μs，这能让我们知道在电压超出调节窗口时，芯片需要多长时间做出响应。

5. 应用信息

5.1 应用图

文档给出了UJA113xA的最小外部电路应用图，包括外部线圈、电容等元件的参数要求，如Lsmps为22 μH ± 20 %，电流额定值为1.5 A或更高，这为我们在实际应用中进行电路设计提供了具体的指导。

5.2 应用注意事项

可参考NXP应用笔记AN13928获取更多关于UJA113xA系列应用的详细信息，这有助于我们在实际应用中避免一些潜在的问题，提高设计的可靠性。

6. 测试信息

该产品符合汽车电子委员会（AEC）标准Q100 Rev - G，经过了严格的测试和验证，适用于标称12 V系统的道路车辆，这为我们在汽车电子应用中使用该芯片提供了信心。

7. 封装和处理信息

芯片采用HTQFP48封装，具有特定的尺寸和引脚布局。在处理芯片时，需要采取适当的静电放电（ESD）防护措施，确保芯片不受ESD损坏。同时，文档还介绍了SMD封装的焊接方法，包括波峰焊和回流焊的适用情况和关键特性，这对于我们进行芯片的焊接和组装非常有帮助。

总结

UJA113xA系列Buck/Boost HS - CAN/(Dual) LIN系统基础芯片以其丰富的功能、出色的性能和良好的兼容性，为汽车电子控制单元的设计提供了一个优秀的解决方案。无论是在电源管理、通信功能还是故障安全特性方面，它都表现出色。作为电子工程师，我们在设计过程中可以充分利用这些特性，提高产品的可靠性和性能。你在使用类似芯片的过程中遇到过哪些问题呢？或者对于UJA113xA系列芯片，你有什么独特的见解和想法，欢迎在评论区留言分享。