深入解析NXP MC33742系统基础芯片：特性、应用与设计要点

引言

在汽车电子控制单元（ECU）的设计中，系统基础芯片（SBC）起着至关重要的作用。它集成了多种常用功能，能够简化电路设计、提高系统的可靠性和稳定性。NXP的MC33742和MC33742S SMARTMOS设备就是这样两款优秀的SBC，它们结合了CAN 2.0兼容收发器和多种功能，广泛应用于汽车电子领域。本文将详细介绍MC33742的特性、功能、工作模式以及应用设计要点，希望能为电子工程师们在相关设计中提供参考。

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一、MC33742概述

MC33742是一款SPI控制的系统基础芯片，它将许多常用功能与CAN 2.0兼容收发器集成在一起。该芯片具有一个完全受保护的5.0 V低 dropout 内部稳压器，具备限流、过温预警和复位功能。此外，还可以通过外部PNP双极结型晶体管实现第二个5.0 V稳压器。

（一）主要特性

1. 高速CAN收发器：具备1.0 Mbps的CAN收发器总线接口，并拥有总线诊断能力，能够满足汽车电子系统中高速数据通信的需求。
2. SPI控制：支持最高4.0 MHz的SPI控制频率，方便与微控制器进行通信和控制。
3. 稳压器功能：5.0 V低 dropout电压稳压器，具有限流、过温预警、输出监控和复位功能，同时还能通过外部串联晶体管实现第二个5.0 V稳压器。
4. 多种工作模式：拥有正常、待机、停止和睡眠四种主要工作模式，其中睡眠和停止模式下电流较低，有助于降低系统功耗。
5. 其他功能：具备高端开关输出驱动器，可用于控制外部电路；还有可编程窗口看门狗、中断、复位和SPI模块等，用于通信和控制。

（二）产品型号与封装

MC33742有不同的型号和封装可供选择，如28引脚的SOICW和48引脚的QFN封装，以满足不同应用场景的需求。具体的订购信息如下表所示：	设备	温度范围 ((T_A) )	封装
MC33742PEG/R2	- 40 °C to 125 °C	28 SOICW
MC33742SPEG/R2	- 40 °C to 125 °C	28 SOICW
MC33742PEP/R2	- 40 °C to 125 °C	48 QFN

二、引脚连接与功能描述

（一）引脚定义

MC33742的28引脚和48引脚封装各有其引脚定义，下面分别介绍：

1. 28引脚封装

引脚	引脚名称	正式名称	定义
1	RXD	接收数据	CAN总线接收数据输出引脚
2	TXD	发送数据	CAN总线发送数据输入引脚
3	VDD	电压数字漏极	5.0 V稳压器输出引脚，为MCU供电
4	RST	复位输出 (低电平有效)	设备复位输出引脚，主要用于复位MCU，该引脚有一个内部上拉电流源至VDD
5	INT	中断输出 (低电平有效)	当启用的中断条件发生时，该输出为低电平，输出为推挽结构
6 - 9、20 - 23	GND	接地	这些设备接地引脚内部连接到封装引线框架，为33742到PCB提供热路径
10	V2	电压源2	使用外部串联晶体管的V2稳压器的感应输入，V2也是CAN收发器的内部电源
11	V2CTRL	电压源2控制	连接到外部串联晶体管的V2稳压器的输出驱动源
12	VSUP	电压供应	33742的供电输入引脚
13	HS	高端输出	内部高端开关的输出，输出电流内部限制为150 mA
14 - 17	L0 - L3	电平0 - 3输入	来自外部开关或逻辑电路的输入
18	CANH	CAN高输出	CAN高输出引脚
19	CANL	CAN低输出	CAN低输出引脚
24	SCLK	串行数据时钟	串行外设接口 (SPI) 的时钟输入引脚
25	MISO	主入从出	33742发送到MCU的SPI数据，当CS为高电平时，引脚处于高阻抗状态
26	MOSI	主出从入	33742接收的SPI数据
27	CS	芯片选择 (低电平有效)	与SPI总线一起使用，用于选择33742，当CS为低电平时，33742是SPI总线的选定设备
28	WDOG	看门狗输出 (低电平有效)	如果软件看门狗未正确触发，WDOG输出引脚为低电平

2. 48引脚封装

引脚	引脚名称	正式名称	定义
1、12 - 16、21 - 25、36 - 40、45 - 48	NC	无连接	无连接
2	SCLK	串行数据时钟	串行外设接口 (SPI) 的时钟输入引脚
3	MISO	主入从出	33742发送到MCU的SPI数据，当CS为高电平时，引脚处于高阻抗状态
4	MOSI	主出从入	33742接收的SPI数据
5	CS	芯片选择 (低电平有效)	与SPI总线一起使用，用于选择33742，当CS为低电平时，33742是SPI总线的选定设备
6	WDOG	看门狗输出 (低电平有效)	如果软件看门狗未正确触发，WDOG输出引脚为低电平
7	RXD	接收数据	CAN总线接收数据输出引脚
8	TXD	发送数据	CAN总线发送数据输入引脚
9	VDD	电压数字漏极	5.0 V稳压器输出引脚，为MCU供电
10	RST	复位输出 (低电平有效)	设备复位输出引脚，主要用于复位MCU，该引脚有一个内部上拉电流源至VDD
11	INT	中断输出 (低电平有效)	当启用的中断条件发生时，该输出为低电平，输出为推挽结构
17 - 20、41 - 44	GND	接地	这些设备接地引脚内部连接到封装引线框架，为33742到PCB提供热路径
26	V2	电压源2	使用外部串联晶体管的V2稳压器的感应输入，V2也是CAN收发器的内部电源
27	V2CTRL	电压源2控制	连接到外部串联晶体管的V2稳压器的输出驱动源
28	VSUP	电压供应	33742的供电输入引脚
29	HS	高端输出	内部高端开关的输出，输出电流内部限制为150 mA
30 - 33	L0 - L3	电平0 - 3输入	来自外部开关或逻辑电路的输入
34	CANH	CAN高输出	CAN高输出引脚
35	CANL	CAN低输出	CAN低输出引脚

（二）功能描述

1. 接收和发送数据（RXD和TXD）

RXD和TXD引脚分别与微控制器的CAN协议处理程序相连。TXD是输入引脚，用于控制CANH和CANL线路状态（TXD为低电平时为显性，高电平时为隐性）；RXD是输出引脚，用于报告总线状态（CAN总线为显性时RXD为低电平，隐性时为高电平）。

2. 电压数字漏极（VDD）

VDD引脚是5.0 V内部稳压器的输出引脚，最大可提供200 mA电流。该输出具备过流和过温保护功能，包含过温预警标志，当内部稳压器温度超过典型值130 °C时，该标志置位；当温度超过过温关断温度（典型值170 °C）时，稳压器关闭。此外，VDD还包含欠压复位电路，当VDD低于欠压复位阈值时，RST引脚置低。

3. 复位输出（RST）

RST引脚是输出引脚，当设备处于复位模式时置低，非复位模式时置高。RST引脚包含一个内部上拉电流源，当RST为低电平时，灌电流能力有限，可用于软件调试或软件下载。

4. 中断输出（INT）

INT引脚是输出引脚，当发生中断时置低。通过中断寄存器（INTR）启用中断功能，当中断发生时，INT保持低电平直到中断源被清除。在设备处于停止模式时，INT输出还会通过一个典型的10 μs脉冲报告唤醒事件。

5. 电压源2（V2）

V2引脚是V2稳压器的输入感应引脚，连接到外部串联晶体管。V2也是内部CAN接口的5.0 V电源。如果不使用外部串联晶体管，V2可以连接到外部5.0 V稳压器或VDD输出，此时V2CTRL引脚必须悬空。

6. 电压源2控制（V2CTRL）

V2CTRL引脚是连接到外部串联晶体管的V2稳压器的输出驱动引脚。

7. 电压供应（VSUP）

VSUP引脚是设备的电池供电输入引脚。

8. 高端输出（HS）

HS引脚是内部高端驱动器的输出引脚，具备内部过流和过温保护功能。

9. 电平0 - 3输入（L0 - L3）

L0 - L3引脚可以连接到接触开关或其他IC的输出，用于外部输入。输入状态可以通过SPI读取，这些输入在设备处于睡眠或停止模式时可用作唤醒事件。

10. CAN高和CAN低输出（CANH和CANL）

CANH和CANL引脚是CAN总线线路的接口，由TXD输入电平控制，CANH和CANL的状态通过RXD输出报告。在CANH和CANL引脚之间连接有一个60 Ω的终端电阻。

11. 串行数据时钟（SCLK）

SCLK是串行外设接口的串行数据时钟输入引脚。

12. 主入从出（MISO）

MISO是串行外设接口的主入从出引脚，数据通过该引脚从SBC发送到微控制器。

13. 主出从入（MOSI）

MOSI是串行外设接口的主出从入引脚，来自微控制器的控制数据通过该引脚接收。

14. 芯片选择（CS）

CS是串行外设接口的芯片选择引脚，当该引脚为低电平时，设备的SPI端口被选中。

15. 看门狗输出（WDOG）

当软件看门狗未正确触发时，看门狗输出引脚WDOG置低。

三、工作模式

MC33742具有四种主要工作模式，通过SPI进行控制，另外还有一个临时的正常请求模式和复位模式。下面分别介绍这些工作模式的特点和应用场景。

（一）待机模式

在待机模式下，只有VDD稳压器开启，V2稳压器通过禁用V2CTRL引脚关闭。其他可用功能包括通过SPI读取L0 - L3输入和激活HS输出。此时CAN接口无法发送消息，如果接收到CAN消息，CANWU位会被置位，看门狗定时器运行。

（二）正常模式

正常模式下，VDD和V2稳压器都处于开启状态，所有功能均可使用，包括看门狗、通过SPI读取唤醒输入、激活HS和进行CAN通信。看门狗定时器运行，需要通过SPI定期清除。

（三）停止模式

在停止模式下，V2稳压器通过禁用V2CTRL引脚关闭，VDD稳压器以特殊的低功耗模式激活，仅提供几毫安的电流，为应用的MCU提供“保持活动”电源。设备可以从SBC端（如循环检测、强制唤醒、CAN消息、唤醒输入和VDD过流）或MCU端（如按键唤醒）唤醒。停止模式通常通过SPI选择，在该模式下，看门狗软件是否运行可通过SPI选择。

（四）睡眠模式

睡眠模式下，VDD和V2稳压器关闭，通过VSUP引脚的电流消耗降低。设备可以通过检测L0 - L3输入的电平变化、循环检查L0 - L3输入、强制唤醒定时器或从CAN物理接口接收到CAN消息来唤醒。唤醒后，设备先进入复位模式，然后进入正常请求模式。

（五）复位模式

在复位模式下，RST引脚为低电平，定时器运行(t_{RSTDUR})时间。时间过后，33742进入正常请求操作模式。当出现复位条件（如VDD低、看门狗超时或在封闭窗口中触发看门狗）时，进入复位模式。

（六）正常请求模式

正常请求模式是一种临时操作模式，设备在复位模式后或从停止模式唤醒后会自动进入该模式。在正常请求模式下，VDD稳压器开启，V2稳压器关闭，RST引脚为高电平。进入该模式后，会启动一个内部350 ms的定时器（参数(t_{NRTOUT})），在此期间，应用的MCU必须通过SPI访问33742并配置TIM1子寄存器以选择看门狗周期，否则设备将进入复位模式。

四、电气特性

（一）最大额定值

MC33742的最大额定值规定了设备正常工作的电压、电流和温度范围，超过这些额定值可能会导致设备故障或永久损坏。相关参数如下表所示：	额定值	符号	值	单位
电源电压（VSUP）	VSUP	- 0.3 to 27（连续）， - 0.3 to 40（瞬态）	V
逻辑信号	VLOG	- 0.3 to Vpp + 0.3	V
VDD输出电压	VDD	0.0 to 5.3	V
VDD输出电流	IDD	内部限制	A
HS电压输出电流	VHS_HS	- 0.3 to Vsup + 0.3（电压），内部限制（电流）	V、A
ESD能力（人体模型）	VESD1	28引脚SOIC：HS、L0 - L3、CANH、CANL引脚 ±4000 V，其他引脚 +2000 V；48引脚QFN：所有引脚 +2000 V	V
ESD能力（机器模型）	VESD2	±200	V
外部电路瞬态输入电压	VTRINEC	±100	V
CANL和CANH连续电压	VCANHL	- 27 to 40	V
CANL和CANH连续电流	CANH/L	200	mA
CANH和CANL瞬态电压（负载突降）	VLDH/L	40	V
CANH和CANL瞬态电压	VTRH/L	±40	V
工作温度	TA	- 40 to 125	°C
结温	TJ	- 40 to 150	°C
存储温度	TSTG	- 55 to 165	°C
热阻	RθJG	20	°C/W
功耗	PD	1.0	W

（二）静态电气特性

静态电气特性描述了设备在静态条件下的性能参数，如输入输出电压、电流等。相关参数在特定条件下（如(4.75 V ≤ V2 ≤ 5.25 V)，(5.5 V ≤ V{SUP} ≤ 18 V)，(-40^{circ} C ≤ T{A} ≤ 125^{circ} C)）进行测量，典型值反映了在(T_{A}=25^{circ} C)、标称条件下的近似参数均值。以下是部分重要参数：

1. 输入引脚（VSUP）

• 电源电压：标称直流电压为5.5 - 18 V，扩展直流电压在不同功能下有所不同，负载突降时可承受40 V，跳跃启动时可承受27 V。