UJA1076A：高速 CAN 核心系统基础芯片的全面解析

在电子工程师的日常工作中，寻找一款性能卓越、功能丰富且稳定可靠的芯片至关重要。今天，我们就来深入探讨 NXP 推出的 UJA1076A 高速 CAN 核心系统基础芯片（SBC），看看它能为我们的设计带来哪些惊喜。

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一、概述

UJA1076A 是一款专为高速控制器局域网（CAN）应用设计的核心系统基础芯片，它能替代电子控制单元（ECU）中常见的基本分立组件。该芯片支持以高速 CAN 作为主要网络接口的网络应用，可用于控制电源和传感器外设。其内部集成了高速 CAN 收发器、先进独立看门狗（UJA1076A/xx/WD 版本）、两个电压调节器、串行外设接口（SPI）等多种设备，同时还具备先进的低功耗概念、安全可控的系统启动行为以及详细的系统和子系统状态报告等功能。

从应用角度来看，UJA1076A 适用于众多需要高速 CAN 通信的场景，如汽车电子中的各种控制单元、工业自动化中的设备联网等。大家在实际项目中，是否也遇到过需要类似功能芯片的场景呢？

二、特性与优势

（一）通用特性

UJA1076A 集成了全套 CAN ECU 功能，包括 CAN 收发器、可为微控制器和外围电路提供高达 250 mA 电流的可扩展 3.3 V 或 5 V 电压调节器，以及为 CAN 收发器单独供电的 5 V 电压调节器。同时，它还具备带窗口和超时模式以及片内振荡器的看门狗、用于与微控制器通信的串行外设接口（SPI）等。

该芯片专为汽车应用设计，具有增强的电磁兼容性（EMC）性能，在 CAN 总线引脚和唤醒引脚上提供 ±8 kV 的人体模型（HBM）静电放电（ESD）保护和 ±6 kV 的 IEC 61000 - 4 - 2 静电放电保护，CAN 总线引脚还具备 ±58 V 的短路保护功能，电池和 CAN 总线引脚也能根据 ISO 7637 - 3 标准防止瞬态干扰。此外，它支持通过 CAN 总线进行远程闪存编程，采用 6.1 mm × 11 mm 的 HTSSOP32 小型封装，具有低热阻、无铅、符合有害物质限制指令（RoHS）和深绿标准等优点。

（二）CAN 收发器

UJA1076A 的 CAN 收发器符合 ISO 11898 - 2 和 ISO 11898 - 5 标准，采用专用的低压差电压调节器为 CAN 总线供电，独立于微控制器电源，显著提高了 EMC 性能。在电源关闭时，总线连接真正处于浮动状态，同时还设有 SPLIT 输出引脚，可用于稳定隐性总线电平。

（三）电源管理

UJA1076A 支持通过 CAN 或本地唤醒引脚唤醒，并能检测唤醒源。它有两个唤醒引脚（WAKE1 和 WAKE2），可通过关闭这两个引脚来减少电流流动。同时，还设有输出信号（WBIAS）用于偏置唤醒引脚，采样时间可选 16 ms 或 64 ms。该芯片具备低待机电流和全唤醒能力的待机模式，以及低睡眠电流和全唤醒能力的睡眠模式。

（四）控制与诊断特性

UJA1076A 在各种条件下都能保证安全和可预测的行为，拥有可编程的独立时钟源看门狗，支持窗口、超时（可选循环唤醒）和关闭模式，并在中断时自动重新启用。它还配备 16 位串行外设接口（SPI）用于配置、控制和诊断，设有全局使能输出用于控制安全关键硬件，以及跛行回家输出（LIMP）用于在系统严重故障时激活特定的“跛行回家”硬件。此外，芯片具备过温关机功能、中断输出引脚和双向复位引脚，可支持多种微控制器，并能通过软件发起系统复位。

（五）电压调节器

1. 主电压调节器 V1：V1 是为微控制器、其外设和额外的外部收发器供电的可扩展电压调节器，有 ±2 % 的精度，提供 3.3 V 和 5 V 两种版本，最大可输出 250 mA 电流。通过与外部 PNP 晶体管结合使用，可更好地实现 PCB 上的热量分布，还能选择外部 PNP 晶体管开始提供电流的阈值。当输出电压降至标称值的 90 % 时，会发出欠压警告，降至 90 % 或 70 % 时会触发欠压复位。该调节器可在低至 4.5 V 的 $V_{BAT}$ 电压下工作，且在各种条件下都能保持稳定输出。
2. CAN 收发器电压调节器 V2：V2 是为片内高速 CAN 收发器供电的专用电压调节器，当输出电压降至标称值的 90 % 时会发出欠压警告。它可以关闭，此时 CAN 收发器可由 V1 或外部电压调节器供电，能在低至 5.5 V 的 $V_{BAT}$ 电压下工作，同样在各种条件下输出稳定。

三、订购信息

UJA1076A 有多种型号可供选择，如 UJA1076ATW/5V0/WD、UJA1076ATW/3V3/WD 等。其中，UJA1076ATW/5V0xx 版本包含 5 V 调节器（V1），UJA1076ATW/3V3xx 版本包含 3.3 V 调节器（V1），带有 WD 的版本则包含看门狗。

四、功能描述

（一）系统控制器

UJA1076A 的系统控制器负责管理寄存器配置和控制内部功能，收集详细的设备状态信息并提供给微控制器，同时还提供复位和中断信号。它是一个状态机，芯片具有多种工作模式，包括关闭模式、待机模式、正常模式、睡眠模式和过温模式。

1. 关闭模式：当电池供电电压降至断电检测阈值（$(V{th(det)poff })$）以下时，芯片会从其他模式切换到关闭模式。在此模式下，电压调节器禁用，总线系统处于高阻状态，CAN 总线引脚浮动。当电池供电电压升至通电检测阈值（$(V{th(det)pon })$）以上时，芯片进入待机模式并执行系统复位。
2. 待机模式：芯片可从关闭模式、睡眠模式、过温模式或正常模式进入待机模式。在待机模式下，V1 开启，CAN 收发器可处于低功耗状态或完全关闭，看门狗可运行在超时模式或关闭模式。当满足特定条件时，芯片会退出待机模式。
3. 正常模式：通过设置模式控制寄存器（Table 5）中的 MC 位为 10（V2 禁用）或 11（V2 启用），可从待机模式进入正常模式。在正常模式下，CAN 物理层启用或处于低功耗状态，当满足某些条件时，芯片会退出正常模式。
4. 睡眠模式：通过设置模式控制寄存器中的 MC 位为 01，可从待机模式或正常模式进入睡眠模式，但需满足无挂起中断、无唤醒事件且至少有一个唤醒源启用的条件。在睡眠模式下，V1 和 V2 关闭，CAN 收发器关闭或处于低功耗状态，看门狗关闭，复位引脚为低电平。CAN 或本地唤醒事件会使芯片切换到待机模式并产生系统复位。
5. 过温模式：当芯片温度超过过温保护激活阈值（$T{th(act)otp }$）时，芯片从正常模式或待机模式进入过温模式。在此模式下，电压调节器关闭，总线系统处于高阻状态，RSTN 引脚为低电平，跛行回家功能激活。当温度降至过温保护释放阈值（$T{th(rel)otp }$）以下时，芯片进入待机模式并产生系统复位。

（二）SPI

UJA1076A 的串行外设接口（SPI）支持全双工数据传输，用于与微控制器通信。它使用四个接口信号进行同步和数据传输，位采样在时钟下降沿进行，数据在时钟上升沿移位。SPI 的消息头前三位（A2, A1 和 A0）定义寄存器地址，第四位（RO）定义所选寄存器为读写或只读。

（三）看门狗（UJA1076A/xx/WD 版本）

该芯片支持窗口、超时和关闭三种看门狗模式，看门狗周期可通过 WD_and_Status 寄存器中的 NWP 控制位进行编程，默认周期为 128 ms。在不同模式下，看门狗的行为有所不同，某些看门狗事件会导致系统立即复位。通过强制 WDOFF 引脚为高电平或在待机模式下设置 WMC 位为 1，可完全关闭看门狗。

（四）系统复位

多种事件会导致 UJA1076A 执行系统复位，如 V1 欠压、外部复位、看门狗溢出等。芯片提供 RSTN 引脚、EN 引脚和 LIMP 引脚用于处理复位事件。

（五）电源供应

1. 电池引脚（BAT）：芯片只有一个电源引脚 BAT，需串联外部二极管以防止负电压。其工作范围为 4.5 V 至 28 V，最大可承受 40 V 电压。当 BAT 引脚电压降至断电检测阈值以下时，芯片进入关闭模式；当电压升至通电检测阈值以上时，芯片进入待机模式。
2. 电压调节器 V1：V1 由 BAT 引脚供电，可为微控制器、其外设和额外的收发器提供 3.3 V 或 5 V、最大 250 mA 的电流。为防止设备过热，可连接外部 PNP 晶体管，通过 Mode_Control 寄存器中的 PDC 位调节功率耗散分布。同时，需在 V1 和 VEXCC 引脚之间连接电阻进行短路保护，选择合适的电阻值时需考虑晶体管的热性能。
3. 电压调节器 V2：V2 专为高速 CAN 收发器提供 5 V 电源，可通过 Mode_Control 寄存器中的 MC 位激活和停用。当输出电压降至标称值的 90 % 以下时，会产生欠压警告。

（六）CAN 收发器

UJA1076A 的 CAN 收发器模拟部分与 TJA1042/TJA1043 集成的部分相同，适用于汽车行业的高速（高达 1 Mbit/s）CAN 应用，具备差分发送和接收能力。

1. CAN 工作模式：包括主动模式和低功耗/关闭模式。在主动模式下，收发器可通过 CANH 和 CANL 引脚发送和接收数据；在低功耗模式下，可通过 CANH 和 CANL 引脚远程唤醒，关闭模式下则完全断电以降低静态电流消耗。
2. Split 电路：SPLIT 引脚在 CAN 主动模式下提供 0.5V $0.5 ~V_{V 2}$ 的直流稳定电压，可用于稳定隐性共模电压。
3. 故障安全特性：具备 TXDC 显性超时功能和 TXDC 引脚内部上拉电阻，可防止硬件和/或软件应用故障导致总线线路处于永久显性状态。

（七）本地唤醒输入

芯片设有两个本地唤醒引脚（WAKE1 和 WAKE2），可通过 Int_Control 寄存器中的 WIC1 和 WIC2 位独立配置唤醒引脚的边缘灵敏度，也可禁用唤醒功能。唤醒引脚的采样可与 WBIAS 信号同步，采样时间通过 Mode_Control 寄存器中的 WBC 位选择。

（八）中断输出

INTN 引脚是一个低电平有效、开漏输出的中断引脚，当至少有一个中断挂起时，该引脚为低电平。通过向 Int_Status 寄存器中的相应位写入 1，可清除中断。在包含看门狗的设备中，当看门狗在待机模式或正常模式下切换到超时模式时，会启用循环中断（CI）。

（九）温度保护

在正常模式和待机模式下，芯片会监测温度。当温度过高时，芯片进入过温模式，此时 RSTN 引脚为低电平，跛行回家功能激活，电压调节器和 CAN 发送器关闭。当温度降至温度关机阈值以下时，芯片进入待机模式，温度关机阈值在 165 °C 至 200 °C 之间。

五、其他信息

（一）限制值

文档给出了 UJA1076A 各引脚的电压、电流、静电放电电压等限制值，应力超过这些限制值会对设备造成永久性损坏。

（二）热特性

介绍了测量热阻 $R_{th(j - a)}$ 的布局条件，以及不同 PCB 类型下的热阻情况。

（三）静态特性

详细列出了芯片在不同条件下的静态参数，如电源电压、电流、电压变化、阈值电流等。

（四）动态特性

给出了芯片在电压源、SPI 接口、复位输出、看门狗、CAN 收发器等方面的动态参数，如检测延迟时间、时钟周期时间、脉冲宽度等。

（五）测试信息

该产品已通过汽车电子委员会（AEC）标准 Q100 的认证，适用于汽车应用。

（六）封装外形

UJA1076A 采用 HTSSOP32 封装，文档提供了封装的详细尺寸信息。

（七）SMD 封装焊接

介绍了焊接 IC 到 PCB 的常见方法，包括波峰焊和回流焊的特点、适用范围以及关键特性，并给出了不同封装厚度和体积下的回流温度要求。

（八）修订历史

记录了文档的修订情况，包括版本号、发布日期、数据手册状态、更改通知和替代版本等信息。

（九）法律信息

包含数据手册状态、定义、免责声明、商标、联系信息等内容，提醒用户注意相关法律事项。

综上所述，UJA1076A 是一款功能强大、性能可靠的高速 CAN 核心系统基础芯片，在汽车电子等领域具有广泛的应用前景。在实际设计应用中，工程师们需要根据具体需求，合理配置芯片的各项功能和参数，以充分发挥其优势。同时，在焊接和使用过程中，也要严格遵循相关的规范和要求，确保芯片的正常运行。大家在使用 UJA1076A 时，有没有遇到过什么特别的问题或挑战呢？欢迎在评论区分享交流。