TJA1042高速CAN收发器：汽车应用的理想之选

在汽车电子领域，CAN（Controller Area Network）总线作为一种可靠的通信协议，被广泛应用于各种电子系统中。而CAN收发器则是连接CAN协议控制器和物理CAN总线的关键接口。今天，我们就来详细探讨一下恩智浦（NXP）半导体推出的TJA1042高速CAN收发器。

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一、产品概述

TJA1042属于恩智浦第三代高速CAN收发器，它为CAN协议控制器与物理双线CAN总线之间提供了接口，专为汽车行业的高速CAN应用而设计。与第一代和第二代设备（如TJA1040）相比，TJA1042在电磁兼容性（EMC）和静电放电（ESD）性能方面有了显著提升。

主要特点

• 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。
• 低电流待机模式：具备总线唤醒功能，可有效降低系统功耗。
• 宽电压兼容性：TJA1042T/3和TJA1042TK/3可直接与3V至5V的微控制器接口。
• 高速通信支持：实现了ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5定义的CAN物理层，支持CAN FD快速阶段高达5 Mbit/s的数据速率。

这些特点使得TJA1042成为各种HS - CAN网络的理想选择，尤其适用于需要通过CAN总线实现唤醒功能的低功耗节点。

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系统的兼容性。
• 高速数据传输：在CAN FD快速阶段，保证数据速率高达5 Mbit/s的时序稳定性。
• 宽电压系统支持：适用于12V和24V系统，增强了产品的通用性。
• 低电磁发射与高电磁抗扰度：有效减少电磁干扰，提高系统的可靠性。
• 微控制器接口灵活：TJA1042T/3和TJA1042TK/3的(V_{IO})输入允许直接与3V至5V的微控制器接口。
• 稳定的隐性总线电平：TJA1042T的SPLIT电压输出有助于稳定隐性总线电平。
• 封装多样：提供SO8和无引脚HVSON8（3.0 mm × 3.0 mm）封装，具有更好的自动光学检测（AOI）能力。
• 环保产品：符合无卤和有害物质限制（RoHS）标准，是绿色环保产品。
• 汽车级认证：通过AEC - Q100认证，满足汽车应用的严格要求。

2.2 可预测和故障安全行为

• 低电流待机模式：具备主机和总线唤醒功能，在待机模式下仅消耗极低的电流。
• 全电源条件下的可预测行为：在各种电源条件下，收发器的功能行为可预测。
• 无电源时与总线分离：当未上电时，收发器与总线分离，实现零负载。
• TXD显性超时功能：防止硬件和/或软件故障导致总线处于永久显性状态，确保网络通信的正常进行。
• 总线显性超时功能：在待机模式下，防止总线因短路或其他节点故障而产生永久唤醒请求。
• 欠压检测：对(V{CC})和(V{IO})引脚进行欠压检测，确保系统的稳定性。

2.3 保护功能

• 高ESD处理能力：总线引脚具有±8 kV的高ESD处理能力，增强了产品的抗静电能力。
• 高电压鲁棒性：CAN引脚可承受±58 V的高电压，提高了产品在恶劣环境下的可靠性。
• 瞬态保护：总线引脚针对汽车环境中的瞬态干扰提供保护。
• 热保护：具备热保护功能，防止因过热而损坏设备。

三、快速参考数据

以下是TJA1042的一些关键电气参数：	符号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
(V_{CC})	电源电压		4.5	-	5.5	V
(V_{IO})	(V_{IO})引脚电源电压		2.8	-	5.5	V
(V_{uvd(VCC)})	(V_{CC})引脚欠压检测电压		3.5	-	4.5	V
(V_{uvd(VIO)})	(V_{IO})引脚欠压检测电压		1.3	2.0	2.7	V
(I_{CC})	电源电流	待机模式	-	10	15	μA
	正常模式；总线隐性	2.5	5	10	mA
	正常模式；总线显性	20	45	70	mA
(I_{IO})	(V_{IO})引脚电源电流	待机模式；(V{TXD} = V{IO})	5	-	14	μA
	正常模式；隐性；(V{TXD} = V{IO})	15	80	200	μA
	正常模式；显性；(V_{TXD} = 0 V)	-	350	1000	μA
(V_{ESD})	静电放电电压	IEC 61000 - 4 - 2在CANH和CANL引脚	-8	-	+8	kV
(V_{CANH})	CANH引脚电压		-58	-	+58	V
(V_{CANL})	CANL引脚电压		-58	-	+58	V
(T_{vj})	虚拟结温		-40	-	+150	°C

这些参数为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据，大家在实际应用中可以根据具体需求进行合理选择。

四、订购信息

TJA1042提供了多种型号和封装选择，以满足不同的应用需求：	型号	封装	描述	版本
TJA1042T	SO8	塑料小外形封装；8引脚；体宽3.9 mm	SOT96 - 1
TJA1042T/3	SO8	塑料小外形封装；8引脚；体宽3.9 mm	SOT96 - 1
TJA1042TK/3	HVSON8	塑料热增强超薄小外形封装；无引脚；8个端子；体尺寸3 × 3 × 0.85 mm	SOT782 - 1

需要注意的是，TJA1042T带有SPLIT引脚，而TJA1042T/3和TJA1042TK/3带有(V_{IO})引脚。大家在订购时，要根据自己的设计需求来选择合适的型号和封装。

五、功能描述

5.1 工作模式

TJA1042支持两种工作模式：正常模式和待机模式，通过STB引脚进行选择。

正常模式

当STB引脚为低电平时，选择正常模式。在该模式下，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。总线线路上输出信号的斜率由内部控制，以确保最低的电磁发射（EME）。

待机模式

当STB引脚为高电平时，选择待机模式。在待机模式下，收发器无法通过总线线路发送或正确接收数据。发射器和正常模式接收器模块关闭，以降低电源电流，仅由一个低功耗差分接收器监视总线线路的活动。低功耗接收器输出端的唤醒滤波器不会锁存总线显性状态，确保只有持续时间超过(t_{fltr(wake)bus})的总线显性和隐性状态才会反映在RXD引脚上。在待机模式下，总线线路偏置到地，以最小化系统电源电流。

5.2 故障安全特性

TXD显性超时功能

当TXD引脚设置为低电平时，启动“TXD显性超时”定时器。如果TXD引脚的低电平状态持续时间超过(t_{to(dom)TXD})，则发射器禁用，将总线线路释放到隐性状态，防止硬件和/或软件故障导致总线处于永久显性状态。当TXD引脚设置为高电平时，定时器复位。

总线显性超时功能

在待机模式下，当CAN总线从隐性状态变为显性状态时，启动“总线显性超时”定时器。如果总线的显性状态持续时间超过(t_{to(dom)bus})，则RXD引脚复位为高电平，防止因总线短路或网络中其他节点故障导致的永久唤醒请求。当CAN总线从显性状态变为隐性状态时，定时器复位。

TXD和STB输入引脚的内部偏置

TXD和STB引脚内部上拉到(V_{IO})，以确保在这些引脚悬空时处于安全、定义的状态。在所有状态下，这些引脚都会有上拉电流，在待机模式下，应将这两个引脚保持为高电平，以最小化待机电流。

欠压检测

如果(V{CC})下降到(V{uvd(VCC)})以下，收发器将切换到待机模式，直到(V{CC})恢复。如果(V{IO})下降到(V{uvd(VIO)})以下，收发器将关闭并与总线分离（零负载），直到(V{IO})恢复。

过温保护

输出驱动器具备过温保护功能。如果虚拟结温超过关断结温(T{j(sd)})，输出驱动器将被禁用，直到虚拟结温下降到(T{j(sd)})以下且TXD变为隐性状态。

5.3 SPLIT输出引脚和(V_{IO})电源引脚

TJA1042有两种版本，仅在引脚5的功能上有所不同。引脚5可以是SPLIT输出引脚或(V_{IO})电源引脚。

SPLIT引脚

TJA1042T的SPLIT引脚与分立式终端网络配合使用，有助于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。在正常模式下，SPLIT引脚提供(0.5V{CC})的直流输出电压；在待机模式或(V{CC})关闭时，SPLIT引脚浮空。当不使用时，SPLIT引脚应保持开路。

(V_{IO})电源引脚

TJA1042T/3和TJA1042TK/3的(V{IO})引脚应连接到微控制器的电源电压，以调整TXD、RXD和STB引脚的信号电平与微控制器的I/O电平匹配。(V{IO})引脚还为收发器的低功耗差分接收器提供内部电源，即使(V_{CC})引脚没有电源电压，也能监视总线线路的活动。

六、应用信息

6.1 应用电路图

文档中给出了TJA1042T与5V微控制器以及TJA1042T/3或TJA1042TK/3与3V微控制器的典型应用电路图，为工程师提供了实际设计的参考。这里大家可以根据自己使用的微控制器电压和具体需求，选择合适的型号和电路连接方式。

6.2 应用提示

更多关于TJA1042应用的详细信息，可以参考恩智浦应用提示AH1014 “Application Hints - Standalone high speed CAN transceiver TJA1042/TJA1043/TJA1048/TJA1051”。在实际应用中，大家可以结合这份提示文档，更好地发挥TJA1042的性能。

七、测试信息

文档中提供了CAN收发器的时序测试电路和测量收发器驱动器对称性的测试电路，同时表明该产品已按照汽车电子委员会（AEC）标准Q100 Rev - G进行了资格认证，适用于汽车应用。这为产品的质量和可靠性提供了保障，工程师在设计和测试过程中可以参考这些测试电路和标准，确保产品符合要求。

八、封装与焊接信息

8.1 封装外形

TJA1042提供SO8和HVSON8两种封装，文档详细给出了这两种封装的外形尺寸和相关参数，方便工程师进行PCB设计。在设计PCB时，要根据封装的尺寸和引脚布局，合理安排元器件的位置和布线。

8.2 焊接信息

焊接方法概述

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，主要有波峰焊和回流焊两种。波峰焊适用于通孔元件和表面贴装器件（SMD）的混合组装，但对于一些精细间距的SMD和特定封装可能不适用；回流焊则适用于各种封装类型，尤其适合小型化和高密度的电路板。

波峰焊

波峰焊是通过液态焊料的驻波来形成焊点的技术，适用于通孔元件和一些焊接到印刷电路板表面的有引脚或无引脚SMD。但并非所有SMD都适合波峰焊，如带有焊球的封装和一些底部有焊盘的无引脚封装，以及引脚间距小于约0.6 mm的有引脚SMD，由于桥接风险增加，不适合波峰焊。

回流焊

回流焊过程包括在电路板上涂抹焊膏，然后放置元器件并进行温度曲线加热。有引脚封装、带焊球封装和无引脚封装都可以进行回流焊。在回流焊过程中，需要注意电路板规格、封装焊盘、封装的湿度敏感度、元器件放置、检查和修复等关键因素。同时，不同的封装厚度和体积对应不同的回流温度要求，要根据具体情况进行设置。

九、总结

TJA1042高速CAN收发器凭借其出色的性能、丰富的功能和多样的封装选择，成为汽车行业高速CAN应用的理想解决方案。其在电磁兼容性、静电放电保护、低功耗待机模式和故障安全特性等方面的优势，能够有效提高系统的可靠性和稳定性。在实际应用中，工程师可以根据具体需求选择合适的型号和封装，并结合文档中提供的应用电路图、测试电路和焊接信息，进行合理的设计和开发。大家在使用过程中，如果遇到问题或者有更好的应用经验，欢迎在评论区分享交流。