高性能TJA1051高速CAN收发器深度解析

在汽车电子和工业自动化等领域，CAN（Controller Area Network）总线以其高可靠性和实时性被广泛应用。NXP Semiconductors推出的TJA1051高速CAN收发器，凭借其卓越的性能和丰富的功能，成为众多应用的理想选择。下面我们就来深入了解这款产品。

文件下载：TJA1051T 3 CM,118.pdf

一、TJA1051概述

TJA1051是一款高速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。该产品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TJA1050）有显著改进。它实现了ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5定义的CAN物理层，能够在CAN FD快速阶段以高达5 Mbit/s的数据速率实现可靠通信。

二、特性与优势

2.1 通用特性

• 标准兼容性：符合ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5标准，确保了在不同系统中的兼容性和互操作性。
• 高速通信：保证CAN FD快速阶段数据速率高达5 Mbit/s的定时，满足高速数据传输需求。
• 系统适用性：适用于12 V和24 V系统，具有广泛的应用范围。
• 电磁性能：低电磁发射（EME）和高电磁抗扰度（EMI），有效减少电磁干扰，提高系统稳定性。
• 接口灵活性：TJA1051T/3和TJA1051TK/3的VIO输入允许直接与3 V至5 V微控制器接口，而TJA1051T/E的EN输入可让微控制器将收发器切换到极低电流的关闭模式。
• 封装优势：提供SO8和无引脚HVSON8（3.0 mm × 3.0 mm）封装，HVSON8封装具有改进的自动光学检测（AOI）能力。
• 环保合规：符合无卤和有害物质限制（RoHS）标准，是绿色环保产品，并且通过了AEC - Q100认证，适用于汽车应用。

2.2 低功耗管理

在所有供电条件下，TJA1051的功能行为可预测。当未上电时，收发器会与总线断开连接（零负载），有效降低功耗。

2.3 保护功能

• 静电放电保护：总线引脚具有高静电放电（ESD）处理能力，能有效防止静电对设备的损坏。
• 瞬态保护：总线引脚可抵御汽车环境中的瞬态干扰，增强设备的可靠性。
• TXD主导超时功能：当TXD引脚设置为低电平时，启动“TXD主导超时”定时器。如果TXD引脚的低电平状态持续时间超过 (t_{o(dom)TXD}) ，发射器将被禁用，使总线线路恢复到隐性状态，防止硬件和/或软件应用故障导致总线线路处于永久显性状态，从而阻塞所有网络通信。
• 欠压检测：对引脚 (V{CC}) 和 (V{IO}) 进行欠压检测，当电压低于各自的欠压检测水平时，收发器将关闭并与总线断开连接，直到电压恢复正常。
• 过热保护：输出驱动器具有过热保护功能，当虚拟结温超过关断结温 (T{j(sd)}) 时，输出驱动器将被禁用，直到虚拟结温降至 (T{j(sd)}) 以下且TXD再次变为隐性状态，避免因温度漂移导致输出驱动器振荡。

三、关键数据

3.1 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	静音模式	0.1	1	2.5	mA
	正常模式；总线隐性	2.5	5	10	mA
	正常模式；总线显性	20	50	70	mA
(I_{IO})	(V_{IO}) 引脚的电源电流	正常/静音模式；隐性；(V{TXD} = V{IO})	-	80	250	μA
	正常/静音模式；显性；(V_{TXD} = 0 V)	-	350	500	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

3.2 极限值

在使用TJA1051时，需要注意其极限值，以确保设备的安全和正常运行。例如，CANH和CANL引脚的电压范围为 - 58 V至 + 58 V，静电放电电压在CANH和CANL引脚为 - 8 kV至 + 8 kV等。

3.3 热特性

不同封装的TJA1051热阻不同，SO8封装在自由空气中的热阻为155 K/W，HVSON8封装在自由空气中的热阻为55 K/W。热阻的大小会影响设备的散热性能，在设计散热方案时需要考虑。

3.4 静态和动态特性

静态特性包括电源电压、电流、输入输出电压和电流等参数，动态特性则涉及收发器的时序参数，如延迟时间、位宽等。这些参数对于确保CAN总线的正常通信至关重要。

四、订购信息

TJA1051有多种型号可供选择，不同型号的区别主要在于引脚功能。例如，TJA1051T/3和TJA1051TK/3带有VIO引脚，可直接与3 V至5 V微控制器接口；TJA1051T/E带有EN引脚，可实现极低电流的关闭模式。

型号	封装	描述	版本
TJA1051T	SO8	塑料小外形封装；8引脚；体宽3.9 mm	SOT96 - 1
TJA1051T/3	SO8	塑料小外形封装；8引脚；体宽3.9 mm	SOT96 - 1
TJA1051T/E	SO8	塑料小外形封装；8引脚；体宽3.9 mm	SOT96 - 1
TJA1051TK/3	HVSON8	塑料热增强超薄小外形封装；无引脚；8个端子；体尺寸3 × 3 × 0.85 mm	SOT782 - 1

五、引脚信息

5.1 引脚配置

TJA1051不同型号的引脚配置有所不同，如TJA1051T、TJA1051T/E、TJA1051T/3采用SO8封装，TJA1051TK/3采用HVSON8封装。具体引脚配置可参考文档中的引脚配置图。

5.2 引脚描述

符号	引脚	描述
TXD	1	发送数据输入
GND	2	接地
(V_{CC})	3	电源电压
RXD	4	接收数据输出；从总线线路读取数据
n.c.	5	未连接；TJA1051T版本
EN	5	使能控制输入；仅TJA1051T/E
(V_{IO})	5	I/O电平适配器的电源电压；仅TJA1051T/3和TJA1051TK/3
CANL	6	低电平CAN总线线路
CANH	7	高电平CAN总线线路
S	8	静音模式控制输入

六、功能描述

6.1 工作模式

TJA1051支持正常和静音两种工作模式，通过引脚S进行选择。TJA1051T/E还支持额外的关闭模式，通过引脚EN进行选择。

• 正常模式：引脚S为低电平时选择正常模式。在该模式下，收发器能够通过CANH和CANL总线线路发送和接收数据。差分接收器将总线上的模拟数据转换为数字数据，并输出到RXD引脚。总线线路上输出信号的斜率由内部控制，以确保最低的电磁发射（EME）。
• 静音模式：引脚S为高电平时选择静音模式。在静音模式下，发射器被禁用，总线引脚恢复到隐性状态，而其他IC功能（包括接收器）继续正常工作。该模式可用于防止故障的CAN控制器干扰所有网络通信。
• 关闭模式：TJA1051T/E的引脚EN为低电平时选择关闭模式。在关闭模式下，整个收发器被禁用，微控制器在不需要CAN通信时可以节省功率。此时总线引脚处于浮空状态，收发器对网络的其他部分不可见。

6.2 故障安全特性

• TXD主导超时功能：防止硬件和/或软件故障导致总线线路永久处于显性状态，确保网络通信的正常进行。
• 内部偏置：TXD引脚内部上拉至 (V_{IO}) ，S和EN（TJA1051T/E）引脚内部下拉至GND，确保在引脚浮空时处于安全、定义的状态。
• 欠压检测：当 (V{CC}) 或 (V{IO}) 低于各自的欠压检测水平时，收发器将关闭并与总线断开连接，直到电压恢复正常。
• 过热保护：保护输出驱动器免受过热影响，避免因温度漂移导致输出驱动器振荡。

6.3 (V_{IO}) 电源引脚

TJA1051有三种版本，仅在一个引脚功能上有所不同。TJA1051T/3和TJA1051TK/3的 (V{IO}) 引脚应连接到微控制器的电源电压，以调整TXD、RXD和S引脚的信号电平，使其与微控制器的I/O电平兼容。对于没有 (V{IO}) 引脚的版本， (V{IO}) 输入内部连接到 (V{CC}) ，使信号电平与5 V微控制器兼容。

七、应用信息

7.1 应用图

文档中提供了TJA1051T/E和TJA1051T/3或TJA1051TK/3的典型应用图，可帮助工程师更好地理解如何将TJA1051应用到实际电路中。

7.2 应用提示

更多关于TJA1051应用的信息可参考恩智浦应用提示AH1014 “独立高速CAN收发器TJA1042/TJA1043/TJA1048/TJA1051”。

八、测试信息

文档中提供了CAN收发器的时序测试电路和测量收发器驱动器对称性的测试电路，可用于对TJA1051进行性能测试。同时，该产品已通过汽车电子委员会（AEC）标准Q100 Rev - G的认证，适用于汽车应用。

九、封装信息

TJA1051提供SO8和HVSON8两种封装，文档中详细给出了两种封装的尺寸和相关参数，方便工程师进行PCB设计。

十、处理和焊接信息

10.1 处理信息

在正常处理过程中，所有输入和输出引脚都具有静电放电（ESD）保护。在处理时，应按照JESD625 - A或等效标准采取适当的预防措施。

10.2 焊接信息

文档介绍了SMD封装的焊接方法，包括波峰焊和回流焊。波峰焊适用于通孔元件和表面贴装器件（SMD）混合的印刷线路板，但不适用于细间距SMD。回流焊适用于小间距和高密度的封装。同时，还给出了不同封装在不同焊接工艺下的注意事项和温度曲线要求。

十一、总结

TJA1051高速CAN收发器凭借其高性能、丰富的功能和良好的兼容性，在汽车电子和工业自动化等领域具有广泛的应用前景。工程师在设计过程中，应根据具体应用需求选择合适的型号和封装，并注意其电气参数、工作模式、保护功能等方面的要求，同时遵循正确的处理和焊接方法，以确保设备的正常运行和系统的稳定性。你在使用TJA1051的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。