探索TJA1042高速CAN收发器：特性、应用与设计要点

在汽车电子领域，高速CAN（Controller Area Network）通信至关重要，它能确保各个电子控制单元（ECU）之间稳定、高效地交换数据。NXP Semiconductors的TJA1042高速CAN收发器，凭借其出色的性能和丰富的特性，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来深入了解一下这款收发器。

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一、TJA1042概述

TJA1042是第三代高速CAN收发器，为CAN协议控制器和物理双线CAN总线之间提供了可靠的接口。它专为汽车行业的高速CAN应用而设计，具备差分发送和接收能力，能与带有CAN协议控制器的微控制器完美配合。与前代产品如TJA1040相比，TJA1042在电磁兼容性（EMC）和静电放电（ESD）性能方面有了显著提升。

突出特性

• 理想的无源特性：当电源电压关闭时，对CAN总线呈现理想的无源行为。
• 低电流待机模式：具备主机和总线唤醒功能，可有效降低功耗。
• 宽电压兼容性：带有$V_{IO}$引脚的变体可直接与3.3V至5V的微控制器接口。
• 高速通信支持：实现了ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5定义的CAN物理层，支持CAN FD快速阶段高达5Mbit/s的数据速率。

二、TJA1042的特性与优势

（一）通用特性

• 标准合规性：完全符合ISO 11898 - 2:2016、SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5和SAE J1939 - 14标准，确保了在不同应用场景下的兼容性。
• 高速性能：在CAN FD快速阶段，保证数据速率高达5Mbit/s的时序，满足高速通信需求。
• 电源适应性：适用于12V和24V系统，增强了产品的通用性。
• 低电磁干扰：根据提议的EMC标准IEC 62228 - 3和SAE J2962 - 2，具有低电磁发射（EME）和高电磁抗扰度（EMI）。
• 多种封装形式：$V{IO}$和非$V{IO}$变体均提供SO8和无铅HVSON8（3.0 mm × 3.0 mm）封装，HVSON8封装具有更好的自动光学检测（AOI）能力。

（二）可预测和故障安全行为

• 低电流待机模式：在待机模式下，电流极低，同时具备主机和总线唤醒功能，方便系统在需要时快速恢复工作。
• 可预测的功能行为：在所有电源条件下，功能行为均可预测，提高了系统的稳定性。
• 总线脱离功能：当电源电压低于关断欠压阈值时，收发器会从总线断开（高阻态），避免对总线造成干扰。
• 超时功能：具备发送数据（TXD）主导超时功能和待机模式下的总线主导超时功能，防止硬件或软件故障导致总线永久处于主导状态。
• 欠压检测：对引脚$V{CC}$和$V{IO}$进行欠压检测，确保系统在正常电压范围内工作。

（三）保护功能

• 高ESD处理能力：总线引脚具有±8 kV的高ESD处理能力，有效抵抗静电干扰。
• 高电压鲁棒性：CAN引脚具有±58 V的高电压鲁棒性，适应复杂的汽车电气环境。
• 瞬态保护：总线引脚针对汽车环境中的瞬态进行了保护，提高了产品的可靠性。
• 热保护：具备热保护功能，防止因过热损坏器件。

三、关键参数与性能

（一）快速参考数据

符号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
$V_{CC}$	电源电压		4.5		5.5	V
$V_{IO}$	引脚$V_{IO}$上的电源电压		2.8		5.5	V
$V_{uvd(VCc)}$	引脚$V_{CC}$上的欠压检测电压		3.5		4.5	V
$V_{uvd(VIO)}$	引脚$V_{IO}$上的欠压检测电压		1.3	2.0	2.7	V
$I_{cc}$	电源电流	待机模式		10	15	μA
	正常模式：总线隐性	2.5	5	10	mA
	正常模式：总线显性	20	45	70	mA

（二）静态特性

在不同的工作条件下，TJA1042的静态特性表现稳定。例如，在$T{v j}=-40^{circ} C$至 +150°C、$V{C C}=4.5 ~V$至 5.5V、$v_{10}=2.8 ~V$至$5.5 ~V$的范围内，各项参数都能满足设计要求。这为工程师在设计系统时提供了可靠的参考依据。

（三）动态特性

TJA1042的动态特性也十分出色。在不同的变体中，从TXD到总线主导和隐性的延迟时间、从总线主导和隐性到RXD的延迟时间等参数都有明确的规定，确保了数据的准确传输。例如，TJA1042B/C在正常模式下，从TXD到总线主导的延迟时间典型值为60ns。

四、TJA1042的应用与设计要点

（一）应用场景

TJA1042适用于各种HS - CAN网络，特别是那些需要低功耗模式和通过CAN总线唤醒功能的节点。在汽车电子系统中，如发动机控制单元、车身电子系统等，TJA1042都能发挥重要作用。

（二）设计要点

• 电源设计：确保$V{CC}$和$V{IO}$的电源电压稳定在规定范围内，同时注意电源的滤波和去耦，以减少电源噪声对收发器的影响。
• 引脚连接：根据具体的应用需求，正确连接TXD、RXD、CANH、CANL等引脚。对于带有$V_{IO}$引脚的变体，要将其连接到微控制器的电源电压，以实现信号电平的匹配。
• 外部电路：TJA1042所需的最小外部电路如图7和图8所示。在设计时，要根据实际情况选择合适的外部组件，如电阻、电容等，并注意PCB布局，以减小电磁干扰。

电子工程师必看：TJA1042高速CAN收发器深度解析

在汽车电子以及工业控制等领域，CAN（Controller Area Network）总线凭借其高可靠性、实时性和抗干扰能力强等优点，得到了广泛应用。而CAN收发器作为CAN总线与微控制器之间的桥梁，其性能直接影响着整个CAN网络的运行。今天，我们就来深入了解一下NXP Semiconductors推出的TJA1042高速CAN收发器。

一、TJA1042概述

TJA1042是一款具备待机模式的高速CAN收发器，它为CAN协议控制器和物理双线CAN总线之间提供了接口。该收发器属于恩智浦半导体第三代高速CAN收发器，相较于第一代和第二代设备（如TJA1040）有显著改进。它不仅实现了ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5所定义的CAN物理层，还能在CAN FD快速阶段以高达5 Mbit/s的数据速率实现可靠通信。

二、TJA1042的特性与优势

（一）通用特性

• 标准兼容性：完全符合ISO 11898 - 2:2016、SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5以及SAE J1939 - 14标准，这意味着它可以广泛应用于各种遵循这些标准的CAN网络中。
• 高速性能：能保证CAN FD快速阶段数据速率高达5 Mbit/s的时序，满足高速通信需求。
• 系统适用性：适用于12 V和24 V系统，具有较宽的电源电压适应范围。
• 电磁兼容性：具有低电磁辐射（EME）和高电磁抗扰度（EMI），符合拟议的EMC标准IEC 62228 - 3和SAE J2962 - 2。
• 接口灵活性：带有$V_{IO}$引脚的变体可直接与3.3 V至5 V的微控制器接口，方便不同电压等级的微控制器连接。
• 网络拓扑支持：TJA1042B和TJA1042C变体的传播延迟更短，支持更大的网络拓扑结构。
• 电压输出功能：TJA1042T和TJA1042CT具有SPLIT电压输出，可稳定隐性总线电平。
• 封装多样性：$V{IO}$和非$V{IO}$变体均提供SO8和无铅HVSON8（3.0 mm×3.0 mm）封装，其中HVSON8封装具有改进的自动光学检测（AOI）能力。
• 环保合规：属于深绿色产品，无卤素且符合有害物质限制（RoHS）标准，并且通过了AEC - Q100认证，可用于汽车级应用。

（二）可预测和故障安全行为

• 低电流待机模式：具备主机和总线唤醒功能的超低电流待机模式，在待机状态下能大幅降低功耗，同时可通过CAN总线唤醒。
• 功能可预测性：在所有电源条件下功能行为可预测，确保系统的稳定性和可靠性。
• 总线脱离功能：当电源电压降至关断欠压阈值以下时，收发器会从总线断开（高阻态），避免对总线造成干扰。
• 超时功能：具有发送数据（TXD）显性超时功能和待机模式下的总线显性超时功能，可防止硬件和/或软件故障导致总线处于永久显性状态，从而阻塞所有网络通信。
• 欠压检测：对$V{CC}$和$V{IO}$引脚进行欠压检测，当检测到欠压时采取相应保护措施。

（三）保护特性

• ESD防护：总线引脚具有高ESD处理能力（±8 kV），能有效抵御静电放电对芯片的损害。
• 高压耐受：CAN引脚具有高电压鲁棒性（±58 V），可承受一定范围内的过电压冲击。
• 瞬态保护：总线引脚可防止汽车环境中的瞬态干扰，提高在复杂电磁环境下的可靠性。
• 热保护：具备热保护功能，当虚拟结温超过关断结温时，输出驱动器将被禁用，直到温度下降。

三、TJA1042的关键参数

（一）快速参考数据

符号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
$V_{CC}$	电源电压		4.5		5.5	V
$V_{IO}$	$V_{IO}$引脚的电源电压		2.8		5.5	V
$V_{uvd(VCC)}$	$V_{CC}$引脚的欠压检测电压		3.5		4.5	V
$V_{uvd(VIO)}$	$V_{IO}$引脚的欠压检测电压		1.3	2.0	2.7	V
$I_{CC}$	电源电流	待机模式		10	15	μA
		正常模式：总线隐性	2.5	5	10	mA
		正常模式：总线显性	20	45	70	mA
$I_{O}$	$V_{IO}$引脚的电源电流	待机模式；$V{TXD}=V{IO}$	5		14	μA
		正常模式：隐性；$V{TXD}=V{IO}$	15	80	200	μA
		正常模式：显性；$V_{TXD}=0V$		350	1000	μA
$V_{ESD}$	静电放电电压	IEC 61000 - 4 - 2在CANH和CANL引脚	- 8		+ 8	kV
$V_{CANH}$	CANH引脚的电压		- 58		+ 58	V
$V_{CANL}$	CANL引脚的电压		- 58		+ 58	V
$T_{VJ}$	虚拟结温		- 40		+ 150	°C

（二）动态特性

TJA1042的动态特性参数对于评估其在高速通信中的性能至关重要。例如，不同变体在从TXD到总线显性、隐性的延迟时间，以及从总线显性、隐性到RXD的延迟时间等方面存在差异。这些参数直接影响着CAN网络的通信速度和实时性。

四、TJA1042的应用与设计要点

（一）应用场景

TJA1042适用于各种HS - CAN网络，特别是那些需要低功耗模式和通过CAN总线唤醒功能的节点。在汽车电子系统中，如发动机控制单元、车身电子系统等，TJA1042都能发挥重要作用。

（二）设计要点

• 电源设计：确保$V{CC}$和$V{IO}$的电源电压稳定在规定范围内，同时注意电源的滤波和去耦，以减少电源噪声对收发器的影响。在为TJA1042设计电源时，可参考通用的电源设计要点。例如，所有模块如无特殊说明均需加保险丝，由于通常使用的是快速保险丝，且考虑到缓启动电路，在选用保险丝的时候需要提高1.5 - 2.5倍的余量。一般45W以下的单板使用2A保险丝，45W以上选用5A保险丝。同时，电源滤波电容的选取和使用也很关键，要注意耐压降额和温度降额。推荐钽电容的耐压要降额到1/3，电解电容器的最高额定温度至少应该选+105度。电源滤波可采用LC、π型滤波，建议优选磁珠，输入滤波至少需要一级共模滤波，推荐两级共模滤波。
• 引脚连接：根据具体的应用需求，正确连接TXD、RXD、CANH、CANL等引脚。对于带有$V_{IO}$引脚的变体，要将其连接到微控制器的电源电压，以实现信号电平的匹配。在进行引脚连接时，要注意引脚的类型和功能，避免连接错误导致收发器无法正常工作。
• 外部电路：TJA1042所需的最小外部电路如图7和图8所示。在设计时，要根据实际情况选择合适的外部组件，如电阻、电容等，并注意PCB布局，以减小电磁干扰。在PCB布局方面，要遵循一些基本的电磁兼容原则。例如，布局要按电源、模拟、高速数字及各功能块进行分区；尽量减小大di/dt回路面积，减小大dv/dt信号线长度，并尽量走直线，降低其隐含包围区域，以减小辐射；感性串扰主要由大di/dt环路产生，要减小和这些信号的互感，关键是减小环路面积、增大距离；容性串扰主要由大dv/dt信号产生，要减小和这些信号的互容，主要途径是减小耦合有效面积、增大距离。

五、TJA1042的测试与质量保证

该产品已按照汽车电子委员会（AEC）标准Q100 Rev - G进行了资格认证，适用于汽车应用。同时，文档中还给出了CAN收发器定时测试电路和测量收发器驱动器对称性的测试电路，为产品的测试提供了参考。

六、总结

TJA1042高速CAN收发器凭借其出色的性能、丰富的特性和良好的保护功能，成为了HS - CAN网络应用的理想选择。在实际设计中，电子工程师需要根据具体的应用需求，合理选择变体、正确设计外部电路和进行PCB布局，以充分发挥TJA1042的优势，确保CAN网络的稳定运行。大家在使用TJA1042的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。