TJA1043高速CAN收發器中文技術資料詳解

一、產品概述

TJA1043是恩智浦半導體（NXP Semiconductors）推出的第三代高速CAN收發器，專為汽車行業的高速CAN網絡應用設計。作為控制器局域網（CAN）協議控制器與物理雙線CAN總線之間的接口芯片，TJA1043通過差分信號傳輸和接收技術，為微控制器提供可靠的通信能力。該芯片支持CAN和CAN FD協議，在CAN FD快速階段可實現高達5 Mbit/s的數據傳輸速率，滿足現代汽車電子系統對高帶寬和低延遲的需求。

TJA1043的核心優勢在于其改進的電磁兼容性（EMC）和靜電放電（ESD）性能。相比前代產品如TJA1041A，TJA1043在抗干擾能力和靜電防護方面顯著提升，能夠適應汽車電子系統中復雜的電磁環境。此外，該芯片支持3V至5V的寬電壓供電范圍，可直接與主流微控制器接口，無需額外的電平轉換電路，簡化了系統設計。

TJA1043符合ISO 11898-2:2016和SAE J2284-1至SAE J2284-5標準，確保了與全球汽車制造商的兼容性。其低功耗設計、多種保護和診斷功能以及靈活的工作模式，使其成為需要始終可用的高速CAN網絡節點的理想選擇。

二、技術特性

1. 電磁兼容性與靜電放電防護

TJA1043通過優化電路設計和封裝工藝，顯著提升了電磁兼容性（EMC）和靜電放電（ESD）性能。其總線引腳具備高達8 kV的ESD防護能力，能夠有效抵御汽車環境中常見的靜電沖擊。此外，芯片的低電磁輻射（EME）和高電磁抗擾度（EMI）特性，確保了在復雜電磁環境下仍能穩定工作。

2. 低功耗設計

TJA1043提供了多種低功耗模式，包括待機模式、睡眠模式和進入睡眠模式。在待機模式下，芯片的電流消耗僅為微安級；而在睡眠模式下，電流消耗進一步降低至納安級。這種設計使得系統能夠在保持通信能力的同時，顯著降低功耗，延長電池壽命。

3. 保護與診斷功能

TJA1043集成了多種保護和診斷功能，包括總線短路檢測、電池連接檢測、TXD主超時檢測、TXD至RXD短路檢測、熱保護以及VCC、VIO和VBAT引腳的欠壓檢測和恢復。這些功能能夠實時監測系統狀態，并在故障發生時及時觸發保護機制，避免系統損壞。

4. 靈活的工作模式

TJA1043支持五種工作模式：正常模式、僅監聽模式、待機模式、進入睡眠模式和睡眠模式。通過EN和STB_N引腳的電平狀態以及喚醒標志的控制，芯片可以在不同模式之間靈活切換。這種設計使得系統能夠根據實際需求調整功耗和通信能力，實現高效的電源管理。

5. 寬電壓供電范圍

TJA1043支持3V至5V的寬電壓供電范圍，可直接與主流微控制器接口。其VIO輸入引腳允許將TXD、RXD、STB_N、EN和ERR_N等信號電平調整到微控制器的I/O電平，無需額外的電平轉換電路。這種設計簡化了系統設計，降低了成本。

6. 兼容性與標準支持

TJA1043完全符合ISO 11898-2:2016和SAE J2284-1至SAE J2284-5標準，支持CAN和CAN FD協議。在CAN FD快速階段，芯片能夠實現高達5 Mbit/s的數據傳輸速率，滿足現代汽車電子系統對高帶寬的需求。此外，芯片還通過了AEC-Q100認證，確保了其在汽車環境中的可靠性和穩定性。

三、引腳功能與封裝

1. 引腳功能

TJA1043提供了多個關鍵引腳，包括電源引腳（VCC、VIO、VBAT）、控制引腳（EN、STB_N、WAKE）、數據引腳（TXD、RXD）以及狀態指示引腳（ERR_N、INH）。這些引腳的功能如下：

• VCC：芯片的主電源引腳，供電范圍為4.5V至5.5V。

• VIO：輸入/輸出電壓引腳，允許與3V或5V微控制器直接接口。

• VBAT：電池電壓引腳，用于系統狀態維護和供電。

• EN：使能引腳，用于控制芯片的工作模式。

• STB_N：待機引腳，用于進入待機模式或睡眠模式。

• WAKE：喚醒引腳，用于檢測本地喚醒請求。

• TXD：發送數據引腳，用于向CAN總線發送數據。

• RXD：接收數據引腳，用于從CAN總線接收數據。

• ERR_N：錯誤指示引腳，用于輸出錯誤標志和狀態信息。

• INH：抑制引腳，用于控制外部電源芯片的開關。

2. 封裝形式

TJA1043提供了SO14和HVSON14兩種封裝形式。SO14封裝采用標準的小外形封裝，適用于傳統的表面貼裝工藝；而HVSON14封裝則采用無引線設計，具有更小的尺寸和更高的自動光學檢測（AOI）能力，適用于對空間要求嚴格的應用場景。

四、工作模式與狀態管理

1. 正常模式

在正常模式下，TJA1043通過CANH和CANL引腳進行數據的發送和接收。此時，芯片的發送器和接收器均處于激活狀態，能夠實時處理總線上的數據。正常模式下，芯片的功耗相對較高，但通信能力最強。

2. 僅監聽模式

在僅監聽模式下，TJA1043的發送器被禁用，僅接收器保持激活狀態。這種模式適用于節點診斷和故障隔離場景，能夠在不發送數據的情況下監測總線狀態。僅監聽模式下，芯片的功耗顯著降低。

3. 待機模式

待機模式是TJA1043的一級節電模式。在待機模式下，芯片無法發送或接收數據，但低功率接收器被激活以監控總線活動。此時，INH引腳保持高電平，由該引腳控制的電壓調節器也保持激活狀態。待機模式下，芯片的功耗進一步降低。

4. 進入睡眠模式

進入睡眠模式是TJA1043進入睡眠模式的受控路徑。在進入睡眠模式前，芯片會保持待機模式一段時間，并附加一個進入睡眠的命令。如果在此期間STB_N或EN引腳的狀態發生改變，或者設置了喚醒標志，則芯片將不會進入睡眠模式。

5. 睡眠模式

睡眠模式是TJA1043的二級節電模式。在睡眠模式下，芯片的功耗降至最低，INH引腳設置為浮動狀態，由該引腳控制的電壓調節器關閉。此時，芯片僅保留最基本的監測功能，以響應喚醒請求。

五、保護與診斷機制

1. 總線短路檢測

TJA1043具備總線短路檢測功能，能夠實時監測CANH和CANL引腳之間的電壓差異。當檢測到總線短路時，芯片會觸發總線故障標志，并通過ERR_N引腳輸出錯誤信息。

2. 電池連接檢測

芯片能夠檢測VBAT引腳上的電壓變化，從而判斷電池連接狀態。當電池斷開時，芯片會觸發冷啟動診斷標志，并在電池重新連接后清除該標志。

3. TXD主超時檢測

TJA1043具備TXD主超時檢測功能，能夠監測TXD引腳上的信號變化。當TXD引腳在連續四個顯性-隱性循環中未發生變化時，芯片會觸發TXD主超時標志，提示可能存在通信故障。

4. TXD至RXD短路檢測

芯片能夠檢測TXD和RXD引腳之間的短路情況。當檢測到短路時，芯片會觸發相應的錯誤標志，并通過ERR_N引腳輸出錯誤信息。

5. 熱保護與診斷

TJA1043內置熱保護機制，能夠實時監測芯片溫度。當溫度超過安全閾值時，芯片會觸發熱保護標志，并采取相應措施（如降低功耗或關閉部分功能）以防止損壞。

六、喚醒機制與源識別

1. 本地喚醒

當WAKE引腳上的邏輯電平發生變化時，TJA1043會檢測到本地喚醒請求。此時，芯片會設置喚醒標志，并通過ERR_N引腳輸出喚醒狀態信息。

2. 遠程喚醒

遠程喚醒請求由至少兩個總線主導狀態觸發。當芯片檢測到符合條件的總線信號時，會觸發遠程喚醒標志，并啟動喚醒流程。

3. 喚醒源識別

TJA1043能夠識別喚醒源的類型（本地或遠程），并通過相應的標志位進行區分。這一功能有助于系統快速定位喚醒原因，優化電源管理策略。

七、應用場景與優勢

1. 汽車電子系統

TJA1043廣泛應用于汽車電子系統中，如發動機控制單元（ECU）、車身控制模塊（BCM）、安全氣囊系統等。其高可靠性和低功耗特性，使得系統能夠在復雜電磁環境下穩定運行，同時延長電池壽命。

2. 工業自動化

在工業自動化領域，TJA1043可用于設備間的通信網絡構建。其高速數據傳輸能力和強抗干擾能力，能夠滿足工業環境對實時性和可靠性的要求。

3. 智能家居

隨著智能家居市場的快速發展，TJA1043也可應用于智能家居設備間的通信。其低功耗設計和寬電壓供電范圍，使得設備能夠適應不同的供電環境，同時保持高效通信。

八、總結與展望

TJA1043作為恩智浦半導體的第三代高速CAN收發器，憑借其改進的電磁兼容性、低功耗設計、豐富的保護與診斷功能以及靈活的工作模式，成為汽車電子、工業自動化和智能家居等領域的重要組件。未來，隨著汽車電子化和智能化程度的不斷提升，TJA1043將面臨更高的性能要求和更廣泛的應用場景。恩智浦半導體將繼續優化產品性能，推出更多符合市場需求的高速CAN收發器產品，為行業發展提供有力支持。