UJA1075A高速CAN/LIN核心系统基础芯片：汽车电子应用的理想之选

一、引言

在汽车电子领域，电子控制单元（ECU）的设计离不开各种基础组件。NXP的UJA1075A高速CAN/LIN核心系统基础芯片（SBC），为ECU设计带来了集成化的解决方案，它将多种常用功能集成于一体，提升了系统的可靠性和性能。接下来，我们就详细了解一下这款芯片。

文件下载：UJA1075ATW 5V0WD,1.pdf

二、芯片概述

2.1 基本功能

UJA1075A SBC替代了电子控制单元（ECU）中常见的基本分立组件，具备高速控制器局域网（CAN）和本地互连网络（LIN）接口。它以高速CAN作为主网络接口，LIN接口作为本地子总线，支持用于控制电源和传感器外设的网络应用。

芯片集成了以下设备：

• 高速CAN收发器：与CAN收发器TJA1042互操作且向下兼容，符合ISO 11898 - 2和ISO 11898 - 5标准。
• LIN收发器：符合LIN 2.1、LIN 2.0和SAE J2602标准，且与LIN 1.3兼容。
• 高级独立看门狗（UJA1075A/xx/WD版本）：提供额外的系统安全性。
• 250 mA电压调节器：为微控制器供电，可通过外部PNP晶体管扩展以增加电流能力和散热分布。
• 独立的CAN收发器电压调节器：为片上CAN收发器供电。
• 串行外设接口（SPI）：全双工通信接口。
• 2个本地唤醒输入端口：用于唤醒系统。
• 跛行回家输出端口：在系统严重故障时激活特定的“跛行回家”硬件。

2.2 系统优势

除了集成常见的ECU功能外，UJA1075A还提供了特定于系统的智能功能组合，如先进的低功耗概念、安全可控的系统启动行为以及系统和子系统级别的详细状态报告。它与包含CAN控制器的微控制器配合使用，确保微控制器始终以可控的方式启动。

三、芯片特性与优势

3.1 通用特性

• 功能集成：包含全套CAN和LIN ECU功能，如CAN收发器和LIN收发器。
• 电压调节：可扩展的3.3 V或5 V电压调节器，为微控制器和外围电路提供高达250 mA的电流，还可连接外部PNP晶体管以实现更好的PCB散热分布；为CAN收发器提供独立的5 V电压调节器。
• 看门狗功能：具备窗口和超时模式的看门狗，以及片上振荡器。
• SPI接口：用于与微控制器ECU电源管理系统通信。
• 汽车应用设计：增强的电磁兼容性（EMC）性能，CAN/LIN总线引脚和唤醒引脚具有±8 kV静电放电（ESD）保护（人体模型HBM）和±6 kV ESD保护（IEC 61000 - 4 - 2），CAN/LIN总线引脚具有±58 V短路保护，电池和CAN/LIN总线引脚符合ISO 7637 - 3的瞬态保护，支持通过CAN总线进行远程闪存编程。
• 封装优势：采用6.1 mm × 11 mm HTSSOP32封装，热阻低，无铅，符合有害物质限制指令（RoHS）和环保要求。

3.2 CAN收发器特性

• 标准兼容：符合ISO 11898 - 2和ISO 11898 - 5的高速CAN收发器。
• 独立电压调节：为CAN总线提供专用的低压差电压调节器，独立于微控制器电源，显著提高EMC性能。
• 断电浮地：电源关闭时，总线连接真正浮地。
• SPLIT输出引脚：用于稳定隐性总线电平。

3.3 LIN收发器特性

• 标准兼容：符合LIN 2.1标准，兼容SAE J2602，向下兼容LIN 2.0和LIN 1.3。
• 低斜率模式：优化EMC性能。
• 集成终端二极管：在DLIN引脚集成LIN终端二极管。

3.4 电源管理特性

• 唤醒功能：可通过CAN、LIN或本地唤醒引脚唤醒，具备唤醒源检测功能。两个唤醒引脚（WAKE1和WAKE2）可关闭以减少电流流动，输出信号（WBIAS）用于偏置唤醒引脚，采样时间可选16 ms或64 ms。
• 低功耗模式：具有极低待机电流和完全唤醒能力的待机模式，V1保持对微控制器的供电；具有极低睡眠电流和完全唤醒能力的睡眠模式。

3.5 控制和诊断特性

• 安全可靠：在所有条件下都具有安全可预测的行为。
• 可编程看门狗：具有独立时钟源，支持窗口、超时（可选循环唤醒）和关闭模式，中断时自动重新启用。
• SPI接口：16位串行外设接口（SPI）用于配置、控制和诊断。
• 全局使能输出：用于控制安全关键硬件。
• 跛行回家输出：在系统严重故障时激活特定的“跛行回家”硬件。
• 过热保护：过热时自动关闭。
• 中断输出引脚：可单独配置中断，以信号V1/V2欠压、CAN/LIN/本地唤醒以及循环和上电中断事件。
• 双向复位引脚：具有可变的上电复位长度，支持多种微控制器。
• 软件复位：可通过软件发起系统复位。

3.6 电压调节器特性

• 主电压调节器V1：为微控制器、其外设和额外的外部收发器供电，精度为±2 %，有3.3 V和5 V版本可选，最大输出电流250 mA，可与外部PNP晶体管结合以实现更好的PCB散热分布，可选择外部PNP晶体管开始提供电流的电流阈值，在标称输出电压的90 %时发出欠压警告，在90 %或70 %时进行欠压复位，可在低至4.5 V的 (V_{BAT}) 电压下工作（如启动期间），符合ISO 7637脉冲4/4b和ISO 16750 - 2标准，在所有条件下输出稳定。
• CAN收发器电压调节器V2：为片上高速CAN收发器提供专用电压调节，在标称输出电压的90 %时发出欠压警告，可关闭，CAN收发器可由V1或外部电压调节器供电，可在低至5.5 V的 (V_{BAT}) 电压下工作（如启动期间），符合ISO 7637脉冲4标准，在所有条件下输出稳定。

四、订购信息

UJA1075A有多种型号可供选择，不同型号的主要区别在于电压调节器的输出电压和是否包含看门狗功能。具体型号和封装信息如下表所示：	型号	封装	描述	版本
UJA1075ATW/5V0/WD	HTSSOP32塑料热增强薄收缩小外形封装；32引脚；体宽6.1 mm；引脚间距0.65 mm；暴露管芯焊盘	SOT549 - 1	包含5 V调节器（V1）和看门狗
UJA1075ATW/3V3/WD	HTSSOP32		包含3.3 V调节器（V1）和看门狗
UJA1075ATW/5V0	HTSSOP32		包含5 V调节器（V1）
UJA1075ATW/3V3	HTSSOP32		包含3.3 V调节器（V1）

五、引脚信息

5.1 引脚配置

芯片的引脚配置有明确的定义，具体引脚图可参考文档中的相关图示。

5.2 引脚描述

符号	引脚	描述
i.c.	1	内部连接；应悬空
i.c.	2	内部连接；应悬空
TXDL	3	LIN发送数据输入
V1	4	微控制器的电压调节器输出（根据SBC版本为5 V或3.3 V）
RXDL	5	LIN接收数据输出
RSTN	6	与微控制器的复位输入/输出
INTN	7	向微控制器的中断输出
EN	8	使能输出
SDI	9	SPI数据输入
SDO	10	SPI数据输出
SCK	11	SPI时钟输入
SCSN	12	SPI芯片选择输入
TXDC	13	CAN发送数据输入
RXDC	14	CAN接收数据输出
TEST1	15	测试引脚；应接地
WDOFF	16	用于停用看门狗的WDOFF引脚
LIMP	17	跛行回家输出
WAKE1	18	本地唤醒输入1
WAKE2	19	本地唤醒输入2
V2	20	CAN的5 V电压调节器输出
CANH	21	CANH总线线路
CANL	22	CANL总线线路
GND	23	接地
SPLIT	24	CAN总线共模稳定输出
LIN	25	LIN总线线路
DLIN	26	LIN终端电阻连接
i.c.	27	内部连接；应悬空
WBIAS	28	外部唤醒偏置晶体管的控制引脚
VEXCC	29	外部PNP晶体管的电流测量；该引脚连接到外部PNP晶体管的集电极
TEST2	30	测试引脚；应接地
VEXCTRL	31	外部PNP晶体管的控制引脚；该引脚连接到外部PNP晶体管的基极
BAT	32	SBC的电池供电

芯片封装底部的暴露管芯焊盘可通过印刷电路板实现更好的散热，该焊盘不连接到IC的任何有源部分，可以悬空或连接到GND。

六、功能描述

6.1 系统控制器

6.1.1 简介

系统控制器管理寄存器配置并控制SBC的内部功能，收集详细的设备状态信息并呈现给微控制器，还提供复位和中断信号。它是一个状态机，SBC的操作模式及其转换触发方式如图所示。

6.1.2 关闭模式

当电池供电低于断电检测阈值（ ((V{th(det)poff })) ）时，SBC从所有其他模式切换到关闭模式。在关闭模式下，电压调节器禁用，总线系统处于高阻状态，CAN总线引脚浮地。当电池供电高于上电检测阈值（ (( V{th(det)pon) }) ）时，SBC进入待机模式，并执行系统复位（复位脉冲宽度为 (t_{w(r s t)}) ，长或短）。

6.1.3 待机模式

SBC进入待机模式的情况包括：从关闭模式，当 (V{BAT}) 高于上电检测阈值；从睡眠模式，发生CAN、LIN或本地唤醒事件；从过热模式，芯片温度低于过热保护释放阈值 (T{th(rel)otp }) ；从正常模式，位MC设置为00或执行系统复位。在待机模式下，V1开启，CAN和LIN收发器可以处于低功耗状态（低功耗模式； (STBCC/STBCL =1) ）并启用总线唤醒检测，或者完全关闭（关闭模式； (STBCC/STBCL = 0) ）。看门狗可以在超时模式或关闭模式下运行，具体取决于WDOFF引脚的状态和看门狗模式控制位（WMC）在WD_andStatus寄存器中的设置。SBC退出待机模式的情况包括：选择正常模式（位MC设置为10或11）；选择睡眠模式（位MC设置为01）；芯片温度高于过热保护激活阈值 (T{th(act)otp }) ，进入过热模式。

6.1.4 正常模式

通过将ModeControl寄存器中的位MC设置为10（V2禁用）或11（V2启用），从待机模式选择正常模式。在正常模式下，CAN物理层启用（活动模式； (STBCC = 0) ）或处于低功耗状态（低功耗模式； (STBCC = 1) ）并激活总线唤醒检测；LIN物理层启用（活动模式； (STBCL = 0) ）或处于低功耗状态（低功耗模式； (STBCL = 1) ）并激活总线唤醒检测。SBC退出正常模式的情况包括：选择待机模式（位MC设置为00）；选择睡眠模式（位MC设置为01）；生成系统复位（进入待机模式）；芯片温度高于OTP激活阈值 (T{th(act)otp }) ，切换到过热模式。

6.1.5 睡眠模式

通过将Mode_Control寄存器中的位MC设置为01，从待机模式或正常模式选择睡眠模式。进入睡眠模式的条件是没有待处理的中断（引脚INTN = HIGH）或唤醒事件，并且至少有一个唤醒源（CAN、LIN或WAKE）启用。如果不满足这些条件而尝试进入睡眠模式，将导致短复位（最小脉冲宽度3.6 ms）。在睡眠模式下，V1和V2关闭，总线收发器关闭（关闭模式； (STBCC/STBCL = 0) ）或处于低功耗状态（低功耗模式； (STBCC/STBCL = 1) ）并激活总线唤醒检测，看门狗关闭，复位引脚为LOW。CAN、LIN或本地唤醒事件将使SBC从睡眠模式切换到待机模式，并生成系统复位（短或长），模式控制位（MC）的值将更改为00，V1将启用。

6.1.6 过热模式

当芯片温度超过过热保护激活阈值 (T{th(act)otp }) 时，SBC从正常模式或待机模式进入过热模式。在过热模式下，电压调节器关闭，总线系统处于高阻状态，RSTN引脚驱动为LOW，跛行回家控制位LHC设置为使LIMP引脚驱动为LOW。芯片温度必须下降到过热关闭阈值以下的滞后水平，SBC才能退出过热模式。退出过热模式后，SBC进入待机模式并生成系统复位（复位脉冲宽度为 (t{w(r s t)}) ，长或短）。

6.2 SPI

6.2.1 简介

串行外设接口（SPI）提供与微控制器的通信链路，支持多从操作。SPI配置为全双工数据传输，当新的控制数据移入时返回状态信息，还提供只读访问选项，允许应用程序读取寄存器内容而不改变其值。SPI使用四个接口信号进行同步和数据传输：SCSN（SPI芯片选择，低电平有效）、SCK（SPI时钟，默认电平为LOW）、SDI（SPI数据输入）、SDO（SPI数据输出，当引脚SCSN为HIGH时浮地）。位采样在时钟下降沿进行，数据在时钟上升沿移位。

6.2.2 寄存器映射

消息头的前三位（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。具体寄存器映射如下表所示：	地址位15, 14和13	写访问位12 = 0	读/写访问位11... 0
000	0 = 读/写，1 = 只读	WD_and_Status寄存器
001	0 = 读/写，1 = 只读	Mode_Control寄存器
010	0 = 读/写，1 = 只读	Int_Control寄存器
011	0 = 读/写，1 = 只读	Int_Status寄存器

6.2.3 WD_and_Status寄存器

该寄存器包含看门狗模式控制、标称看门狗周期、看门狗关闭状态/软件复位、V1和V2状态、唤醒状态等信息。具体位定义和描述可参考文档中的表格。

6.2.4 Mode_Control寄存器

用于控制SBC的操作模式、跛行回家警告控制、跛行回家控制、使能控制、LIN斜率控制、唤醒偏置控制和功率分配控制等。具体位定义和描述可参考文档中的表格。

6.2.5 Int_Control寄存器

用于控制中断使能、LIN和CAN的待机模式、复位阈值控制、唤醒采样使能等。具体位定义和描述可参考文档中的表格。

6.2.6 Int_Status寄存器

用于记录各种中断状态，如V1和V2欠压中断、LIN和CAN唤醒中断、循环中断、上电状态中断等。可通过向相关位写入1来清除中断。具体位定义和描述可参考文档中的表格。