TJA1043高速CAN收发器中文技术资料详解

一、产品概述

TJA1043是恩智浦半导体（NXP Semiconductors）推出的第三代高速CAN收发器，专为汽车行业的高速CAN网络应用设计。作为控制器局域网（CAN）协议控制器与物理双线CAN总线之间的接口芯片，TJA1043通过差分信号传输和接收技术，为微控制器提供可靠的通信能力。该芯片支持CAN和CAN FD协议，在CAN FD快速阶段可实现高达5 Mbit/s的数据传输速率，满足现代汽车电子系统对高带宽和低延迟的需求。

TJA1043的核心优势在于其改进的电磁兼容性（EMC）和静电放电（ESD）性能。相比前代产品如TJA1041A，TJA1043在抗干扰能力和静电防护方面显著提升，能够适应汽车电子系统中复杂的电磁环境。此外，该芯片支持3V至5V的宽电压供电范围，可直接与主流微控制器接口，无需额外的电平转换电路，简化了系统设计。

TJA1043符合ISO 11898-2:2016和SAE J2284-1至SAE J2284-5标准，确保了与全球汽车制造商的兼容性。其低功耗设计、多种保护和诊断功能以及灵活的工作模式，使其成为需要始终可用的高速CAN网络节点的理想选择。

二、技术特性

1. 电磁兼容性与静电放电防护

TJA1043通过优化电路设计和封装工艺，显著提升了电磁兼容性（EMC）和静电放电（ESD）性能。其总线引脚具备高达8 kV的ESD防护能力，能够有效抵御汽车环境中常见的静电冲击。此外，芯片的低电磁辐射（EME）和高电磁抗扰度（EMI）特性，确保了在复杂电磁环境下仍能稳定工作。

2. 低功耗设计

TJA1043提供了多种低功耗模式，包括待机模式、睡眠模式和进入睡眠模式。在待机模式下，芯片的电流消耗仅为微安级；而在睡眠模式下，电流消耗进一步降低至纳安级。这种设计使得系统能够在保持通信能力的同时，显著降低功耗，延长电池寿命。

3. 保护与诊断功能

TJA1043集成了多种保护和诊断功能，包括总线短路检测、电池连接检测、TXD主超时检测、TXD至RXD短路检测、热保护以及VCC、VIO和VBAT引脚的欠压检测和恢复。这些功能能够实时监测系统状态，并在故障发生时及时触发保护机制，避免系统损坏。

4. 灵活的工作模式

TJA1043支持五种工作模式：正常模式、仅监听模式、待机模式、进入睡眠模式和睡眠模式。通过EN和STB_N引脚的电平状态以及唤醒标志的控制，芯片可以在不同模式之间灵活切换。这种设计使得系统能够根据实际需求调整功耗和通信能力，实现高效的电源管理。

5. 宽电压供电范围

TJA1043支持3V至5V的宽电压供电范围，可直接与主流微控制器接口。其VIO输入引脚允许将TXD、RXD、STB_N、EN和ERR_N等信号电平调整到微控制器的I/O电平，无需额外的电平转换电路。这种设计简化了系统设计，降低了成本。

6. 兼容性与标准支持

TJA1043完全符合ISO 11898-2:2016和SAE J2284-1至SAE J2284-5标准，支持CAN和CAN FD协议。在CAN FD快速阶段，芯片能够实现高达5 Mbit/s的数据传输速率，满足现代汽车电子系统对高带宽的需求。此外，芯片还通过了AEC-Q100认证，确保了其在汽车环境中的可靠性和稳定性。

三、引脚功能与封装

1. 引脚功能

TJA1043提供了多个关键引脚，包括电源引脚（VCC、VIO、VBAT）、控制引脚（EN、STB_N、WAKE）、数据引脚（TXD、RXD）以及状态指示引脚（ERR_N、INH）。这些引脚的功能如下：

• VCC：芯片的主电源引脚，供电范围为4.5V至5.5V。

• VIO：输入/输出电压引脚，允许与3V或5V微控制器直接接口。

• VBAT：电池电压引脚，用于系统状态维护和供电。

• EN：使能引脚，用于控制芯片的工作模式。

• STB_N：待机引脚，用于进入待机模式或睡眠模式。

• WAKE：唤醒引脚，用于检测本地唤醒请求。

• TXD：发送数据引脚，用于向CAN总线发送数据。

• RXD：接收数据引脚，用于从CAN总线接收数据。

• ERR_N：错误指示引脚，用于输出错误标志和状态信息。

• INH：抑制引脚，用于控制外部电源芯片的开关。

2. 封装形式

TJA1043提供了SO14和HVSON14两种封装形式。SO14封装采用标准的小外形封装，适用于传统的表面贴装工艺；而HVSON14封装则采用无引线设计，具有更小的尺寸和更高的自动光学检测（AOI）能力，适用于对空间要求严格的应用场景。

四、工作模式与状态管理

1. 正常模式

在正常模式下，TJA1043通过CANH和CANL引脚进行数据的发送和接收。此时，芯片的发送器和接收器均处于激活状态，能够实时处理总线上的数据。正常模式下，芯片的功耗相对较高，但通信能力最强。

2. 仅监听模式

在仅监听模式下，TJA1043的发送器被禁用，仅接收器保持激活状态。这种模式适用于节点诊断和故障隔离场景，能够在不发送数据的情况下监测总线状态。仅监听模式下，芯片的功耗显著降低。

3. 待机模式

待机模式是TJA1043的一级节电模式。在待机模式下，芯片无法发送或接收数据，但低功率接收器被激活以监控总线活动。此时，INH引脚保持高电平，由该引脚控制的电压调节器也保持激活状态。待机模式下，芯片的功耗进一步降低。

4. 进入睡眠模式

进入睡眠模式是TJA1043进入睡眠模式的受控路径。在进入睡眠模式前，芯片会保持待机模式一段时间，并附加一个进入睡眠的命令。如果在此期间STB_N或EN引脚的状态发生改变，或者设置了唤醒标志，则芯片将不会进入睡眠模式。

5. 睡眠模式

睡眠模式是TJA1043的二级节电模式。在睡眠模式下，芯片的功耗降至最低，INH引脚设置为浮动状态，由该引脚控制的电压调节器关闭。此时，芯片仅保留最基本的监测功能，以响应唤醒请求。

五、保护与诊断机制

1. 总线短路检测

TJA1043具备总线短路检测功能，能够实时监测CANH和CANL引脚之间的电压差异。当检测到总线短路时，芯片会触发总线故障标志，并通过ERR_N引脚输出错误信息。

2. 电池连接检测

芯片能够检测VBAT引脚上的电压变化，从而判断电池连接状态。当电池断开时，芯片会触发冷启动诊断标志，并在电池重新连接后清除该标志。

3. TXD主超时检测

TJA1043具备TXD主超时检测功能，能够监测TXD引脚上的信号变化。当TXD引脚在连续四个显性-隐性循环中未发生变化时，芯片会触发TXD主超时标志，提示可能存在通信故障。

4. TXD至RXD短路检测

芯片能够检测TXD和RXD引脚之间的短路情况。当检测到短路时，芯片会触发相应的错误标志，并通过ERR_N引脚输出错误信息。

5. 热保护与诊断

TJA1043内置热保护机制，能够实时监测芯片温度。当温度超过安全阈值时，芯片会触发热保护标志，并采取相应措施（如降低功耗或关闭部分功能）以防止损坏。

六、唤醒机制与源识别

1. 本地唤醒

当WAKE引脚上的逻辑电平发生变化时，TJA1043会检测到本地唤醒请求。此时，芯片会设置唤醒标志，并通过ERR_N引脚输出唤醒状态信息。

2. 远程唤醒

远程唤醒请求由至少两个总线主导状态触发。当芯片检测到符合条件的总线信号时，会触发远程唤醒标志，并启动唤醒流程。

3. 唤醒源识别

TJA1043能够识别唤醒源的类型（本地或远程），并通过相应的标志位进行区分。这一功能有助于系统快速定位唤醒原因，优化电源管理策略。

七、应用场景与优势

1. 汽车电子系统

TJA1043广泛应用于汽车电子系统中，如发动机控制单元（ECU）、车身控制模块（BCM）、安全气囊系统等。其高可靠性和低功耗特性，使得系统能够在复杂电磁环境下稳定运行，同时延长电池寿命。

2. 工业自动化

在工业自动化领域，TJA1043可用于设备间的通信网络构建。其高速数据传输能力和强抗干扰能力，能够满足工业环境对实时性和可靠性的要求。

3. 智能家居

随着智能家居市场的快速发展，TJA1043也可应用于智能家居设备间的通信。其低功耗设计和宽电压供电范围，使得设备能够适应不同的供电环境，同时保持高效通信。

八、总结与展望

TJA1043作为恩智浦半导体的第三代高速CAN收发器，凭借其改进的电磁兼容性、低功耗设计、丰富的保护与诊断功能以及灵活的工作模式，成为汽车电子、工业自动化和智能家居等领域的重要组件。未来，随着汽车电子化和智能化程度的不断提升，TJA1043将面临更高的性能要求和更广泛的应用场景。恩智浦半导体将继续优化产品性能，推出更多符合市场需求的高速CAN收发器产品，为行业发展提供有力支持。