UJA1169中文資料詳解

一、產品概述

UJA1169是恩智浦半導體（NXP Semiconductors）推出的一款高度集成的系統基礎芯片（System Basis Chip, SBC），專為汽車電子系統設計。它集成了高速CAN（Controller Area Network）收發器、電源管理模塊、看門狗定時器、串行外設接口（SPI）以及多種保護功能，適用于車身控制模塊、動力總成控制、安全系統等汽車電子應用。UJA1169以其高集成度、低功耗和可靠性，成為汽車電子設計中不可或缺的關鍵組件。

二、主要特性

1. 高速CAN收發器

UJA1169集成了符合ISO 11898-2標準的高速CAN收發器，支持高達1 Mbps的數據傳輸速率。其CAN收發器具有以下特點：

• 兼容性：完全兼容CAN 2.0A/B協議，支持經典CAN和CAN FD（Flexible Data-rate）模式。

• 電磁兼容性（EMC）：內置共模扼流圈和終端電阻，有效抑制電磁干擾，提高通信穩定性。

• 故障安全功能：支持總線短路保護、過熱保護和欠壓鎖定功能，確保在極端環境下仍能正常工作。

• 低功耗模式：在睡眠模式下，CAN收發器的功耗極低，有助于延長電池壽命。

2. 電源管理模塊

UJA1169內置了高效的電源管理模塊，支持多種電壓輸出，滿足不同模塊的供電需求：

• 主電源輸出（V1）：提供5V或3.3V的穩定輸出，最大輸出電流可達250mA，適用于為微控制器或其他負載供電。

• 輔助電源輸出（V2）：部分型號提供額外的5V電源輸出，最大輸出電流為100mA，可用于為傳感器或其他外圍設備供電。

• 外部電源輸出（VEXT）：部分型號提供5V電源輸出，支持短路保護，適用于為板外組件供電。

• 低功耗設計：在待機和睡眠模式下，電源管理模塊的功耗極低，有助于降低系統整體功耗。

3. 看門狗定時器

UJA1169內置了看門狗定時器，用于監測微控制器的運行狀態，防止系統死機或跑飛：

• 窗口看門狗模式：支持窗口看門狗模式，允許用戶設置看門狗的超時窗口，提高系統的靈活性。

• 獨立時鐘源：看門狗定時器采用獨立的時鐘源，確保在微控制器故障時仍能正常工作。

• 復位輸出：當看門狗定時器超時時，UJA1169會輸出復位信號，強制微控制器重啟。

4. 串行外設接口（SPI）

UJA1169提供了SPI接口，用于與微控制器進行通信，實現配置、控制和診斷功能：

• 多模式支持：支持16位、24位和32位SPI模式，兼容多種微控制器。

• 配置靈活：通過SPI接口，用戶可以配置UJA1169的各種參數，如電源輸出電壓、看門狗定時器超時時間等。

• 診斷功能：支持通過SPI接口讀取UJA1169的狀態信息，如電源電壓、溫度、故障標志等。

5. 保護功能

UJA1169內置了多種保護功能，確保系統在各種極端環境下仍能安全可靠地工作：

• 過壓保護（OVP）：當輸入電壓超過設定閾值時，UJA1169會自動關閉電源輸出，防止損壞后級電路。

• 欠壓鎖定（UVLO）：當輸入電壓低于設定閾值時，UJA1169會關閉電源輸出，避免系統在低電壓下不穩定運行。

• 過流保護（OCP）：當輸出電流超過設定閾值時，UJA1169會自動限制電流或關閉輸出，防止過載損壞。

• 過溫保護（OTP）：當芯片溫度超過設定閾值時，UJA1169會自動關閉電源輸出，防止熱損壞。

• 靜電放電（ESD）保護：在CAN總線引腳和電源引腳上集成了ESD保護電路，防止靜電放電對芯片造成損壞。

6. 喚醒功能

UJA1169支持多種喚醒方式，確保系統在需要時能夠快速從睡眠模式中喚醒：

• 總線喚醒：通過檢測CAN總線上的活動，UJA1169可以從睡眠模式中喚醒。

• 本地喚醒：通過WAKE引腳接收外部喚醒信號，UJA1169可以從睡眠模式中喚醒。

• 喚醒源識別：UJA1169能夠識別喚醒源，并通過SPI接口或狀態標志位通知微控制器。

7. 封裝與引腳

UJA1169采用小型無引線HVSON20封裝，尺寸為3.5mm x 5.5mm，具有低熱阻和良好的自動光學檢測（AOI）功能。其引腳定義如下：

• 電源引腳：包括BAT（電池輸入）、V1（主電源輸出）、V2（輔助電源輸出）、VEXT（外部電源輸出）等。

• CAN總線引腳：包括CANH（CAN總線高電平）、CANL（CAN總線低電平）等。

• 控制引腳：包括WAKE（喚醒引腳）、RSTN（復位引腳）、SPI接口引腳（SCK、MOSI、MISO、CS）等。

• 狀態引腳：包括LIMP（跛行回家輸出）、FAULT（故障標志位）等。

三、應用領域

UJA1169憑借其高集成度、低功耗和可靠性，廣泛應用于汽車電子系統的各個領域，包括但不限于：

1. 車身控制模塊（BCM）

在車身控制模塊中，UJA1169用于實現車門、車窗、燈光、雨刮等功能的集中控制。其高度集成的電源管理模塊和CAN收發器，簡化了系統設計，降低了成本。

2. 動力總成控制

在動力總成控制系統中，UJA1169用于實現發動機管理、變速器控制、電池管理等功能。其高速CAN收發器和可靠的電源管理，確保了動力系統的穩定運行。

3. 安全系統

在安全系統中，UJA1169用于實現氣囊控制、防抱死制動系統（ABS）、電子穩定程序（ESP）等功能。其高可靠性和保護功能，確保了安全系統在關鍵時刻能夠正常工作。

4. 車載信息娛樂系統

在車載信息娛樂系統中，UJA1169用于實現音頻播放、視頻顯示、導航等功能。其低功耗設計和高速CAN收發器，提高了系統的響應速度和能效。

5. 輔助駕駛系統

在輔助駕駛系統中，UJA1169用于實現自適應巡航控制（ACC）、車道保持輔助（LKA）、自動泊車等功能。其高可靠性和實時性，確保了輔助駕駛系統的安全性和舒適性。

四、技術參數

1. 電氣參數

• 工作電壓范圍：3V至28V

• 主電源輸出（V1）：

• 輸出電壓：5V或3.3V（可選）

• 輸出電流：最大250mA

• 電壓精度：±2%

• 輔助電源輸出（V2）：

• 輸出電壓：5V

• 輸出電流：最大100mA

• 電壓精度：±2%

• 外部電源輸出（VEXT）：

• 輸出電壓：5V

• 輸出電流：最大100mA

• 電壓精度：±2%

• 短路保護：支持

• CAN總線電壓范圍：

• CANH：-7V至12V

• CANL：-12V至7V

• 靜態電流：

• 待機模式：<53μA（典型值，微控制器電源關閉）

• 睡眠模式：<71μA（典型值，微控制器電源開啟）

2. 環境參數

• 工作溫度范圍：-40℃至150℃

• 存儲溫度范圍：-55℃至150℃

• 濕度范圍：5%至95%（無凝露）

3. 可靠性參數

• ESD保護：

• CAN總線引腳：±8kV（人體模型，HBM）

• BAT、WAKE、VEXT引腳：±6kV（IEC 61000-4-2）

• 電磁兼容性（EMC）：

• 符合ISO 11452-2、ISO 11452-4、ISO 7637-2等標準

• 機械耐久性：

• 引腳可焊性：符合JESD22-B102標準

• 溫度循環：符合JESD22-A104標準

五、設計指南

1. 硬件設計

電源設計

• 輸入濾波：在BAT引腳上添加適當的濾波電容，以抑制電源噪聲。

• 輸出濾波：在V1、V2和VEXT引腳上添加適當的濾波電容，以提高輸出電壓的穩定性。

• 保護電路：根據需要，在輸入和輸出端添加過壓保護、欠壓鎖定和過流保護電路。

CAN總線設計

• 終端電阻：在CAN總線的兩端添加120Ω的終端電阻，以減少信號反射。

• 共模扼流圈：在CAN總線靠近UJA1169的位置添加共模扼流圈，以抑制電磁干擾。

• 布線要求：CAN總線應盡量短且遠離高噪聲源，避免與其他信號線交叉。

喚醒電路設計

• 本地喚醒：通過WAKE引腳連接外部喚醒開關或傳感器，確保在需要時能夠喚醒系統。

• 總線喚醒：確保CAN總線上的活動能夠被UJA1169正確檢測，以實現總線喚醒功能。

2. 軟件設計

初始化配置

• 電源輸出配置：通過SPI接口配置V1、V2和VEXT的輸出電壓和使能狀態。

• 看門狗定時器配置：設置看門狗定時器的超時時間和窗口模式。

• CAN收發器配置：配置CAN收發器的工作模式、波特率和濾波器。

狀態監測與診斷

• 電源電壓監測：通過SPI接口讀取V1、V2和VEXT的輸出電壓，確保電源穩定。

• 溫度監測：部分型號支持通過SPI接口讀取芯片溫度，防止過熱損壞。

• 故障診斷：通過SPI接口讀取故障標志位，及時處理系統故障。

喚醒與睡眠控制

• 睡眠模式進入：在系統空閑時，通過SPI接口或控制引腳使UJA1169進入睡眠模式，降低功耗。

• 喚醒處理：在喚醒事件發生時，通過中斷或輪詢方式檢測喚醒源，并執行相應的處理邏輯。

六、典型應用電路

1. 車身控制模塊應用電路

在車身控制模塊中，UJA1169用于為微控制器、傳感器和執行器供電，并通過CAN總線與其他模塊通信。典型應用電路如下：

• 電源部分：BAT引腳連接電池，V1引腳為微控制器供電，V2引腳為傳感器供電。

• CAN總線部分：CANH和CANL引腳通過共模扼流圈和終端電阻連接到CAN總線。

• 喚醒部分：WAKE引腳連接車門開關或遙控器接收器，實現本地喚醒。

• 控制部分：SPI接口連接微控制器，實現配置、控制和診斷功能。

2. 動力總成控制應用電路

在動力總成控制系統中，UJA1169用于為發動機控制單元（ECU）、變速器控制單元（TCU）和電池管理系統（BMS）供電，并通過CAN總線實現數據交換。典型應用電路如下：

• 電源部分：BAT引腳連接電池，V1引腳為ECU供電，V2引腳為傳感器供電，VEXT引腳為外部執行器供電。

• CAN總線部分：CANH和CANL引腳通過高速隔離器連接到CAN總線，提高抗干擾能力。

• 喚醒部分：WAKE引腳連接點火開關或油門踏板傳感器，實現本地喚醒。

• 控制部分：SPI接口連接ECU，實現實時控制和故障診斷。

七、常見問題與解決方案

1. CAN通信故障

• 問題現象：CAN總線通信中斷或數據錯誤。

• 可能原因：

• 終端電阻未正確連接。

• CAN總線布線過長或靠近高噪聲源。

• CAN收發器配置錯誤。

• 解決方案：

• 檢查終端電阻是否正確連接。

• 優化CAN總線布線，避免交叉和靠近高噪聲源。

• 通過SPI接口重新配置CAN收發器參數。

2. 電源輸出不穩定

• 問題現象：V1、V2或VEXT輸出電壓波動或偏低。

• 可能原因：

• 輸入電壓不穩定。

• 輸出濾波電容不足。

• 負載過大。

• 解決方案：

• 檢查輸入電壓是否穩定，必要時添加穩壓電路。

• 增加輸出濾波電容，提高電壓穩定性。

• 減少負載或更換更大功率的UJA1169型號。

3. 喚醒功能失效

• 問題現象：系統無法從睡眠模式中喚醒。

• 可能原因：

• 喚醒信號未正確連接到WAKE引腳。

• 喚醒源識別配置錯誤。

• 微控制器未正確處理喚醒事件。

• 解決方案：

• 檢查喚醒信號是否正確連接到WAKE引腳。

• 通過SPI接口重新配置喚醒源識別參數。

• 檢查微控制器的喚醒中斷處理程序是否正確。

八、總結

UJA1169作為一款高度集成的系統基礎芯片，憑借其高速CAN收發器、電源管理模塊、看門狗定時器、SPI接口和多種保護功能，成為汽車電子系統設計中的理想選擇。其廣泛的應用領域、靈活的配置選項和可靠的性能，使得UJA1169在車身控制、動力總成控制、安全系統、車載信息娛樂系統和輔助駕駛系統中發揮著重要作用。通過合理的設計和配置，UJA1169能夠幫助工程師簡化系統設計、降低成本、提高可靠性和能效，從而推動汽車電子技術的不斷進步。