TJA1043高速CAN收发器：汽车应用的理想之选

在汽车电子领域，高速CAN（Controller Area Network）网络对于车辆各系统间的数据通信至关重要。NXP Semiconductors推出的TJA1043高速CAN收发器，凭借其先进的特性和卓越的性能，成为了汽车行业高速CAN应用的理想选择。下面，我们就来详细了解一下这款收发器。

文件下载：TJA1043TKY.pdf

一、概述

TJA1043作为第三代高速CAN收发器，为CAN协议控制器与物理双线CAN总线之间提供了可靠的接口。与前两代产品如TJA1041A相比，它在电磁兼容性（EMC）、静电放电（ESD）性能、功耗等方面都有显著提升。该收发器支持ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5标准，能够在CAN FD快速阶段实现高达5 Mbit/s的数据传输速率，确保了高速CAN网络中节点的可靠通信。

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，确保了与现有CAN网络的良好兼容性。
• 高速通信：通过环路延迟对称定时，可在CAN FD快速阶段实现高达5 Mbit/s的数据速率，满足高速通信需求。
• 多系统适配：适用于12 V和24 V系统，具有广泛的应用范围。
• 低电磁干扰：低电磁发射（EME）和高电磁抗扰度（EMI），减少了对周围电子设备的干扰。
• 直接接口：(V_{IO})输入允许直接与3 V和5 V微控制器接口，简化了电路设计。
• 总线稳定：SPLIT电压输出有助于稳定隐性总线电平，提高通信可靠性。
• 诊断模式：支持监听模式，可用于节点诊断和故障隔离。
• 封装多样：提供SO14和HVSON14两种封装形式，满足不同应用场景的需求。
• 质量认证：经过AEC - Q100认证，符合汽车级标准；同时为暗绿色产品，无卤素且符合有害物质限制（RoHS）要求。

2.2 低功耗管理

TJA1043具有极低电流的待机和睡眠模式，支持本地、远程和主机唤醒功能，能够在不影响系统功能的前提下，最大程度地降低功耗。当(V_{BAT})缺失时，收发器会与总线断开连接（零负载），并且在所有供电条件下都具有可预测的功能行为。

2.3 保护与诊断功能

• ESD防护：总线引脚具有高ESD处理能力，能够有效抵御静电放电的影响。
• 瞬态保护：总线引脚和(V_{BAT})受到保护，可防止汽车环境中的瞬态干扰。
• 故障诊断：具备多种诊断功能，如发送数据（TXD）显性超时功能、TXD - RXD短路处理、热保护、欠压检测与恢复、总线线路短路诊断、总线显性钳位诊断和冷启动诊断等，能够及时发现并处理各种故障。

三、快速参考数据

Symbol	Parameter	Conditions	Min	Typ	Max	Unit
(V_{CC})	supply voltage		4.5	-	5.5	V
(V_{IO})	supply voltage on pin (V_{IO})		2.8	-	5.5	V
(V_{uvd(VCC)})	undervoltage detection voltage on pin (V_{CC})		3	3.5	4.3	V
(V_{uvd(VIO)})	undervoltage detection voltage on pin (V_{IO})	(V{BAT}) or (V{CC}) > 4.5 V	0.8	1.8	2.5	V
(I_{CC})	supply current	Normal mode; bus dominant	30	48	65	mA
	Normal or Listen - only mode; bus recessive	3	6	9	mA
	Standby or Sleep mode	0	0.75	2	μA
(I_{IO})	supply current on pin (V_{IO})	Normal mode; (V_{TXD}) = 0 V (dominant)	-	150	500	μA
	Normal or Listen - only mode; (V{TXD}) = (V{IO}) (recessive)	0	1	4	μA
	Standby or Sleep mode	0	1	4	μA
(V_{ESD})	electrostatic discharge voltage	IEC 61000 - 4 - 2 at pins CANH and CANL	- 8	-	+ 8	kV

这些数据为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据，确保了TJA1043在不同工作条件下的稳定运行。

四、订购信息

TJA1043提供两种不同的封装形式，具体信息如下：	Type number	Package	Name	Description	Version
TJA1043T	SO14	plastic small outline package; 14 leads; body width 3.9 mm	SOT108 - 1
TJA1043TK	HVSON14	plastic, thermal enhanced very thin small outline package; no leads; 14 terminals; body 3 × 4.5 × 0.85 mm	SOT1086 - 2

工程师可以根据实际应用需求选择合适的封装形式。

五、工作模式

TJA1043支持五种工作模式，通过控制引脚STB_N和EN进行选择。不同的工作模式具有不同的功能特点，以满足不同的应用场景需求。

5.1 正常模式

在正常模式下，收发器可以通过CANH和CANL总线线路进行数据的发送和接收。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。总线引脚的输出信号斜率由内部控制，以确保最低的电磁发射。同时，INH引脚处于激活状态，可控制外部电压调节器。

5.2 监听模式

监听模式下，收发器的发射器被禁用，仅接收总线上的数据。接收器仍能将CANH和CANL引脚上的模拟总线信号转换为数字数据，并输出到RXD引脚。总线引脚的偏置和INH引脚的状态与正常模式相同。

5.3 待机模式

待机模式是TJA1043的一级节能模式，可降低电流消耗。在该模式下，收发器无法发送或接收数据，但低功耗接收器会被激活以监测总线活动。总线引脚偏置在接地电平，INH引脚仍然激活。

5.4 进入睡眠模式

进入睡眠模式是进入睡眠状态的受控途径。在该模式下，收发器的行为与待机模式类似，但会发出进入睡眠的命令。在经过最短保持时间(t_{h(min)})后，收发器将进入睡眠模式。

5.5 睡眠模式

睡眠模式是TJA1043的二级节能模式。当(V{CC})或(V{IO})的欠压检测时间超过相关电压恢复时间，或者通过进入睡眠模式命令进入时，收发器将进入睡眠模式。在睡眠模式下，INH引脚浮空，由该引脚控制的电压调节器将关闭，流入(V_{BAT})引脚的电流将降至最低。

六、内部标志

TJA1043使用七个内部标志进行故障安全回退模式控制和系统诊断支持。其中五个标志可以通过ERR_N引脚由控制器进行轮询，具体标志及其功能如下：

6.1 (UV_{NOM})标志

(UV{NOM})是(V{CC})和(V{IO})欠压检测标志。当(V{CC})或(V_{IO})引脚的电压低于欠压检测电压且持续时间超过欠压检测时间时，该标志将被设置。此时，收发器将进入睡眠模式以节省功率并确保总线不受干扰。当满足特定条件时，该标志将被清除，电压调节器将重新激活。

6.2 (UV_{BAT})标志

(UV{BAT})是(V{BAT})欠压检测标志。当(V{BAT})引脚的电压低于欠压检测电压时，该标志将被设置，收发器将尝试进入待机模式以节省功率并与总线断开连接。当(V{BAT})电压恢复时，该标志将被清除。

6.3 Pwon标志

Pwon是(V{BAT})上电标志。当(V{BAT})引脚的电压在之前低于欠压检测电压后恢复时，该标志将被设置。设置该标志会清除(UV_{NOM})标志和定时器，确保系统在所有供电条件下的一致上电。在监听模式下，该标志可以通过ERR_N引脚进行轮询。

6.4 Wake标志

Wake标志在收发器检测到本地或远程唤醒请求时被设置。本地唤醒请求通过WAKE引脚的逻辑电平变化检测，新电平需保持稳定至少(t{wake})时间。该标志可以在待机、进入睡眠或睡眠模式下设置，设置后会清除(UV{NOM})标志和定时器。

6.5 远程唤醒

当总线上检测到符合ISO 11898 - 2:2016规定的专用唤醒模式时，TJA1043可以从待机或睡眠模式中唤醒。该唤醒模式由特定的显性和隐性相位组成，并且必须在(t_{o(wake)bus})时间内完整接收才能被识别为有效唤醒模式。

6.6 唤醒源标志

唤醒源标志在通过WAKE引脚的本地唤醒请求设置Wake标志时被设置。在正常模式下，可以通过ERR_N引脚对该标志进行轮询。

6.7 总线故障标志

当收发器在尝试驱动总线线路为显性状态时，在TXD引脚的四个连续显性 - 隐性周期内检测到总线线路短路到(V{BAT})、(V{CC})或GND的情况时，总线故障标志将被设置。在正常模式下，可以通过ERR_N引脚对该标志进行轮询。

6.8 本地故障标志

在正常和监听模式下，收发器可以区分四种不同的本地故障事件，包括TXD显性钳位、TXD - RXD短路、总线显性钳位和过温事件。任何一种故障事件都会导致本地故障标志被设置，该标志可以在监听模式下通过ERR_N引脚进行轮询。

七、本地故障检测

TJA1043能够检测四种不同的本地故障条件，以确保系统的可靠性。

7.1 TXD显性超时功能

如果TXD引脚持续为低电平（由于硬件或软件应用故障），会导致CAN总线进入永久显性状态，从而阻塞所有网络通信。TXD显性超时功能通过在TXD引脚持续低电平超过TXD显性超时时间(t_{o(dom)TXD})时禁用发射器，防止网络锁定。

7.2 TXD - RXD短路检测

RXD和TXD引脚之间的短路会导致总线在被驱动为显性状态后锁定在永久显性状态。TXD - RXD短路检测功能通过禁用发射器来防止这种网络锁定。

7.3 总线显性超时功能

CAN总线短路（到(V{BAT})、(V{CC})或GND）或其他网络节点故障可能导致总线上的差分电压足够高，代表总线处于显性状态。总线显性钳位检测功能可以检测到这种故障，并设置本地故障标志。

7.4 过温检测

如果结温过高，发射器将及时关闭，以保护输出驱动器免受过热影响，同时不影响最大工作温度。

八、引脚功能

8.1 SPLIT引脚

SPLIT引脚与分裂终端网络配合使用，可以帮助稳定总线上的隐性电压电平，减少具有接地直流泄漏的网络中的电磁发射。在正常和监听模式下，SPLIT引脚提供0.5(V_{CC})的直流输出电压；在待机、进入睡眠和睡眠模式下，该引脚浮空。

8.2 (V_{IO})供电引脚

(V_{IO})引脚应连接到微控制器的供电电压，使TXD、RXD、STB_N、EN和ERR_N引脚的信号电平与微控制器的I/O电平相匹配，无需额外的逻辑电路即可实现直接接口。

8.3 WAKE引脚

WAKE引脚的低 - 高或高 - 低电平转换可以触发本地唤醒事件，为本地唤醒电路的设计提供了最大的灵活性。为了最小化电流消耗，内部偏置电压会在延迟(t{wake})后跟随引脚的逻辑状态。在不使用本地唤醒功能的应用中，建议将WAKE引脚连接到(V{BAT})或GND以确保最佳的EMI性能。

九、应用与测试

9.1 应用信息

TJA1043的典型应用图展示了其与3 V微控制器的连接方式。此外，NXP的应用提示AH1014提供了关于TJA1043应用的更多信息。

9.2 测试信息

文档中还提供了接收器的滞后特性、时序特性测试电路以及测量收发器驱动器对称性的测试电路等信息，为工程师进行产品测试提供了指导。

十、总结

TJA1043高速CAN收发器凭借其先进的特性、卓越的性能和丰富的功能，为汽车行业的高速CAN网络应用提供了可靠的解决方案。其低功耗管理、保护与诊断功能以及多种工作模式，能够满足不同应用场景的需求，提高系统的可靠性和稳定性。如果你正在进行汽车电子相关的设计，不妨考虑一下TJA1043，相信它会给你带来意想不到的效果。你在使用CAN收发器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。