探索TJA1055：增强型容错CAN收发器的卓越性能

在汽车电子领域，CAN（Controller Area Network）总线作为一种关键的通信技术，广泛应用于车辆的各个系统中。而CAN收发器则是连接CAN协议控制器和物理总线线路的重要接口，对于确保通信的稳定和可靠起着至关重要的作用。今天，我们就来深入了解一款由恩智浦（NXP）推出的增强型容错CAN收发器——TJA1055。

文件下载：TJA1055T 3 C,518.pdf

一、TJA1055概述

TJA1055主要面向乘用车中的低速应用，最高支持125 kBd的波特率。它是TJA1054和TJA1054A的增强版本，在具备相同功能的基础上，进行了多项改进。这些改进包括提升了静电放电（ESD）性能、降低了睡眠模式下的电流消耗、支持在无(V_{CC})激活的情况下通过RXD和ERR进行唤醒信号传输，以及TJA1055T/3型号可实现与3V微控制器的接口。

二、特性与优势

2.1 优化的车内低速通信

• 引脚兼容性：与TJA1054和TJA1054A引脚兼容，方便工程师进行升级和替换。
• 高节点连接能力：支持最多32个节点的连接，满足复杂网络的需求。
• 低电磁干扰：内置斜率控制功能和良好匹配的CANL和CANH总线输出，有效降低电磁发射（EME）。
• 高电磁抗扰性：在正常工作模式和低功耗模式下都具有很高的电磁抗扰性（EMI）。
• 集成滤波器：完全集成的接收器滤波器，提高信号的抗干扰能力。
• 发送数据超时功能：TxD主导超时功能可防止总线因硬件或软件故障而陷入永久主导状态。
• 高ESD鲁棒性：对外接引脚提供±8 kV人体模型（HBM）和±6 kV IEC 61000 - 4 - 2的静电放电保护。
• 低电压微控制器支持：能够支持低电压微控制器。

2.2 总线故障管理

• 单总线传输模式：支持接地偏移电压高达1.5 V的单总线传输模式。
• 自动模式切换：在总线发生故障时，即使CANH总线线路短路到(V_{CC})，也能自动切换到单总线模式，并在故障排除后自动恢复到差分模式。
• 故障模式唤醒能力：在故障模式下仍具备完全唤醒能力。

2.3 多重保护机制

• 短路保护：总线引脚对电池和地具有短路保护功能。
• 热保护：具备热保护功能，防止芯片因过热而损坏。
• 瞬态保护：总线线路在汽车环境中能够抵御瞬态干扰。
• 无电源节点不干扰总线：未供电的节点不会对总线线路造成干扰，微控制器接口在未供电时也无反向电流路径。

2.4 低功耗模式支持

• 睡眠和待机模式：提供低电流睡眠模式和待机模式，并可通过总线线路唤醒。
• 软件可访问复位标志：软件可访问上电复位标志，方便系统的初始化和监控。

三、快速参考数据

TJA1055的快速参考数据涵盖了供电电压、电池供电电压、电流消耗、引脚电压等重要参数。例如，其供电电压(V{CC})范围为4.75 - 5.25 V，电池供电电压(V{BAT})在无时间限制时为 - 0.3 - +40 V，睡眠模式下电池供电电流(I_{BAT})典型值为25 - 40 μA。这些数据为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据。

四、订购信息

TJA1055有TJA1055T和TJA1055T/3两种型号，其中TJA1055T采用SO14封装，即塑料小外形封装，有14个引脚，主体宽度为3.9 mm，封装版本为SOT108 - 1。

五、功能描述

5.1 故障检测

故障检测器在正常工作模式下完全激活，能够检测多种总线故障，并根据故障类型自动切换到合适的模式。例如，当检测到CANH线路短路到电池或(V_{CC})时，会经过两步检测后切换到CANL单总线操作；当检测到CANL线路短路到电池时，会切换到CANH单总线操作。在故障恢复后，也能自动检测并恢复到差分模式。同时，任何线路故障都会使ERR引脚输出信号置为LOW，故障恢复后则置为HIGH。

5.2 低功耗模式

TJA1055提供三种低功耗模式：睡眠模式、待机模式和上电待机模式。这些模式可通过STB和EN引脚进行控制。睡眠模式功耗最低，INH引脚切换到高阻抗状态，CANL引脚通过RTL引脚偏置到电池电压，即使(V_{CC})不存在，RXD和ERR引脚也能发出唤醒中断信号。待机模式与睡眠模式类似，但INH引脚为HIGH电平。上电待机模式主要用于读取上电标志，ERR引脚显示电池上电标志，RXD引脚显示唤醒中断信号。

5.3 上电操作

上电后（(V_{BAT})接通），INH引脚信号变为HIGH，并设置内部上电标志。该标志可在上电待机模式下通过ERR引脚读取，并在进入正常工作模式时复位。

5.4 保护功能

• 电流限制：电流限制电路可保护发射器输出级免受正负极电池电压短路的影响。
• 热关断：当结温超过典型值175 °C时，发射器输出级将被禁用，以降低功耗和芯片温度。
• 电气瞬态保护：CANH和CANL引脚能够保护免受汽车环境中可能出现的电气瞬态干扰。

六、性能参数

6.1 极限值

TJA1055的极限值规定了各个引脚的电压、电流、温度等参数的最大和最小值。例如，(V{CC})的范围为 - 0.3 - +6 V，(V{BAT})为 - 0.3 - +58 V，CANH和CANL引脚的电压范围为 - 58 - +58 V等。这些极限值为工程师在设计电路时提供了安全边界，确保芯片在正常工作范围内运行。

6.2 热特性

热特性参数包括结到环境的热阻(R{th(j - a)})和结到基板的热阻(R{th(j - s)})，分别为120 K/W和40 K/W。这些参数对于评估芯片在不同散热条件下的温度分布和散热设计非常重要。

6.3 静态特性

静态特性涵盖了各种引脚的电压、电流参数，如供电电压、输入输出电压、电流消耗等。例如，正常工作模式下，(V_{CC})供电电流在不同条件下的典型值为2.5 - 21 mA，睡眠模式下电池供电电流典型值为25 - 40 μA。这些参数有助于工程师了解芯片在静态工作状态下的性能表现。

6.4 动态特性

动态特性参数包括信号的转换时间、传播延迟、延迟时间等。例如，CANL和CANH引脚从隐性到显性和从显性到隐性的转换时间典型值为0.2 μs，TXD（LOW）到RXD（LOW）的传播延迟在无故障时最大为1.5 μs。这些参数对于评估芯片在高速信号传输时的性能和稳定性至关重要。

七、测试与应用

7.1 测试信息

文档中提供了动态特性的测试电路和测试条件。测试时，TXD为50 kHz、占空比为50%、斜率时间 < 10 ns的矩形信号，为了满足CAN总线线路的最小负载要求，测试时不连接125 Ω的终端电阻。通过这些测试电路和条件，可以准确测量芯片的各项性能参数。

7.2 应用示例

文档还给出了TJA1055的应用图，展示了其与CAN控制器和CAN总线的连接方式。这为工程师在实际应用中提供了参考，帮助他们快速搭建系统。

八、与TJA1054A的差异

与TJA1054A相比，TJA1055在CANH和CANL引脚的电压范围、ESD性能等方面有明显提升。例如，TJA1055的CANH和CANL引脚电压范围为 - 58 - +58 V，而TJA1054A为 - 27 - +40 V；TJA1055的ESD人体模型电压为±8 kV，而TJA1054A为±4 kV。这些改进使得TJA1055在可靠性和抗干扰能力方面更具优势。

九、总结

TJA1055作为一款增强型容错CAN收发器，凭借其出色的特性和性能，在汽车低速CAN通信领域具有广泛的应用前景。它不仅具备优化的通信能力、强大的故障管理和保护功能，还支持低功耗模式，能够满足汽车电子系统对可靠性、稳定性和低功耗的要求。对于电子工程师来说，深入了解TJA1055的特性和参数，将有助于设计出更加高效、可靠的CAN通信系统。你在使用类似的CAN收发器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。