探索TJA1044：高性能高速CAN收发器的卓越之选

在汽车电子领域，高速CAN（Controller Area Network）收发器是实现可靠通信的关键组件。NXP的TJA1044作为Mantis系列高速CAN收发器的一员，凭借其出色的性能和丰富的特性，成为了众多汽车应用的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这款TJA1044高速CAN收发器。

文件下载：NXP Semiconductors TJA1044 Mantis®高速CAN收发器.pdf

一、TJA1044概述

TJA1044为CAN协议控制器和物理双线CAN总线之间搭建了桥梁，专为汽车行业的高速CAN应用量身打造。它具备差分发送和接收能力，能与带有CAN协议控制器的微控制器完美配合。相较于NXP的前代CAN收发器，如TJA1040和TJA1042，TJA1044在功能上有了显著提升，并且拥有出色的电磁兼容性（EMC）。

特性亮点

1. 理想的无源特性：当电源电压关闭时，对CAN总线呈现理想的无源特性，降低对总线的影响。
2. 低电流待机模式：具备极低的待机电流，同时支持本地和总线唤醒功能，满足低功耗应用需求。
3. 优秀的EMC性能：即使不使用共模扼流圈，也能展现出出色的电磁兼容性，减少电磁干扰。
4. 灵活的接口适配：带有$V{IO}$引脚的变体可直接与3.3V - 5V的微控制器接口，而无$V{IO}$引脚的变体在微控制器I/O为5V tolerant的情况下，也能与3.3V（除TJA1044C）和5V的微控制器兼容。
5. 支持CAN FD：该收发器实现了ISO 11898 - 2:2024第三版和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5定义的CAN物理层，TJA1044T数据速率可达1 Mbit/s，其他变体在CAN FD快速阶段数据速率可达5 Mbit/s，TJA1044B和TJA1044C具有更短的传播延迟，可支持更大的网络拓扑。

二、特性与优势详解

（一）通用特性

TJA1044完全符合ISO 11898 - 2:2024、SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5以及SAE J1939 - 14标准，通过AEC - Q100认证，是无卤素且符合RoHS标准的环保产品。它具有低电磁辐射和高电磁抗扰度，满足IEC - TS62228和SAE J2962 - 2:2019等EMC标准。

（二）可预测和故障安全行为

在所有电源条件下，其功能行为具有可预测性。当电源电压低于关断欠压阈值时，收发器会从总线断开（高阻态），避免对总线造成影响。同时，它还具备TXD主导超时功能和TXD与STB输入引脚的内部偏置，确保系统的稳定性和可靠性。

（三）低功耗管理

TJA1044的低电流待机模式支持主机和总线唤醒。带有$V{IO}$引脚的变体，其CAN唤醒接收器由$V{IO}$供电，允许$V_{CC}$关闭，进一步降低功耗。部分变体的CAN唤醒模式滤波时间为0.5 μs - 1.8 μs，可满足经典CAN和CAN FD的要求。

（四）保护功能

该收发器在总线引脚具有高ESD处理能力（8 kV IEC和HBM），能有效防止静电放电对器件的损坏。总线引脚还能抵御汽车环境中的瞬态干扰，同时具备$V{CC}$和$V{IO}$引脚的欠压检测以及热保护功能，确保在恶劣环境下稳定工作。

（五）CAN FD支持

除TJA1044T外的所有产品变体均支持CAN FD，可保证CAN FD数据速率高达5 Mbit/s的时序，满足高速数据传输需求。

三、关键参数速览

（一）电源参数

• $V_{CC}$：电源电压范围为4.5V - 5.5V。
• $I_{CC}$：待机模式下，不同变体的电流有所不同，如TJA1044T、GT、GTK为10 - 15 μA，TJA1044C为10 - 17.5 μA，带$V_{IO}$引脚的变体为0.1 - 1 μA；正常模式下，总线隐性时为2 - 10 mA，总线显性时为20 - 60 mA。
• $V_{IO}$：$V_{IO}$引脚的电源电压范围为2.91V - 5.5V，待机模式下电流为10 - 16.5 μA，正常模式下，总线隐性时为10 - 30 μA，总线显性时为170 - 300 μA。

（二）其他参数

• ESD电压：CANH和CANL引脚的静电放电电压为 - 8 kV至 + 8 kV。
• 温度范围：虚拟结温范围为 - 40°C至 + 150°C，存储温度范围为 - 55°C至 + 150°C。

四、功能描述

（一）工作模式

TJA1044支持正常和待机两种工作模式，通过STB引脚进行选择。

• 正常模式：STB引脚为低电平时，收发器可通过CANH和CANL总线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，从RXD引脚输出。内部会控制总线输出信号的斜率，以确保最低的电磁辐射。
• 待机模式：STB引脚为高电平时，收发器进入待机模式，此时无法正常进行数据的发送和接收。为降低电源电流，发射机和正常模式接收器模块会关闭，仅由低功耗差分接收器监测总线活动。总线引脚会偏置到地，以最小化系统电源电流。当检测到唤醒请求后，RXD引脚会跟随总线状态；当STB引脚被强制为低电平时，将触发切换到正常模式。

（二）远程唤醒

当总线上检测到符合ISO 11898 - 2:2024规定的专用唤醒模式时，TJA1044可从待机模式唤醒。唤醒模式由至少$t{wake(busdom)}$的显性相位、至少$t{wake(busrec)}$的隐性相位和至少$t_{wake(busdom)}$的显性相位组成，可有效避免误唤醒事件。

（三）故障安全特性

• TXD主导超时功能：当TXD引脚置为低电平时，启动“TXD主导超时”定时器。如果该引脚的低电平状态持续时间超过$t_{o(dom)TXD}$，发射机将被禁用，总线释放为隐性状态，防止硬件或软件故障导致总线一直处于显性状态，影响网络通信。当TXD引脚置为高电平时，定时器复位。
• TXD和STB输入引脚的内部偏置：TXD和STB引脚内部有上拉到$V{CC}$（带$V{IO}$引脚的变体为$V_{IO}$）的电阻，确保在引脚浮空时处于安全、定义的状态。为最小化电源电流，在待机模式下，这两个引脚应保持高电平。
• $V{CC}$和$V{IO}$引脚的欠压检测：当$V{CC}$低于待机欠压检测电平$V{uvd(stb)(VCC)}$时，收发器切换到待机模式，直到$V{CC}$恢复。对于带$V{IO}$引脚的版本，当$V{IO}$低于关断欠压检测电平$V{uvd(swoff)(VIO)}$时，收发器关闭并从总线断开，直到$V_{IO}$恢复。
• 过温保护：输出驱动器具备过温保护功能。当虚拟结温超过关断结温$T{j(sd)}$时，两个输出驱动器将被禁用；当虚拟结温再次低于$T{j(sd)}$，且TXD引脚复位为高电平时，输出驱动器恢复工作，可防止因温度小幅度变化导致输出驱动器振荡。

（四）$V_{IO}$电源引脚

TJA1044GT(K)/3和TJA1044BT(K)变体带有$V{IO}$引脚，应连接到微控制器的电源电压，可将TXD、RXD和STB引脚的信号电平调整到微控制器的I/O电平。同时，$V{IO}$引脚还为收发器中的低功耗差分接收器提供内部电源，在低功耗模式下，即使$V_{CC}$引脚无电源电压，也能监测总线活动。

五、应用与测试

（一）应用信息

TJA1044所需的外部电路最少，典型应用图展示了与5V和3.3V微控制器的连接方式。进一步的应用提示可参考NXP应用提示AH1308。

（二）测试信息

产品提供了CAN收发器定时测试电路和测量收发器发射驱动器对称性的测试电路。该产品已通过AEC标准Q100 Rev - G认证，适用于汽车应用。

六、封装与焊接

（一）封装形式

TJA1044有SO8和无铅HVSON8（3.0 mm × 3.0 mm）两种封装形式，HVSON8封装具有更好的自动光学检测（AOI）能力。

（二）焊接方法

焊接是将封装连接到印刷电路板（PCB）以形成电路的常用方法，包括波峰焊和回流焊。波峰焊适用于通孔元件和一些表面贴装器件（SMD），但不适用于细间距SMD；回流焊则适用于小间距和高密度的元件。在焊接过程中，需要考虑电路板规格、封装尺寸、湿度敏感性等因素，同时要遵循相关的焊接温度曲线，以确保焊接质量。

七、总结

TJA1044高速CAN收发器凭借其丰富的特性、出色的性能和可靠的保护功能，在汽车高速CAN应用中具有显著优势。无论是低功耗管理、故障安全设计还是对CAN FD的支持，都使其成为汽车电子工程师的理想选择。在实际应用中，工程师们可以根据具体需求选择合适的变体和封装形式，并遵循相关的应用和焊接指导，以充分发挥TJA1044的性能。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。