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TJA1020收发器应用指南目录12简介.3总体描述.42.12.22.3特征.4方框图.5工作模式.52.3.12.3.22.3.32.3.4睡眠模式.7准备模式.7普通斜率模式.9低斜率模式.92.4和3.3V器件兼容.103从机应用.103.13.2结构.10详细的引脚描述.113.2.13.2.23.2.33.2.43.2.53.2.6NSLP引脚.11TXD引脚.11RXD引脚.12NWAKE引脚.13INH引脚.16LIN引脚.174主机应用.174.14.24.3主机终端直接连接到BAT.18主机终端连接到INH.18INH和BAT的主机终端分离.195EMC方面.195.15.25.3EMEEMEEMI斜率控制.19低斜率模式.19电容性负载.206收发器的控制.206.1INH控制的微控制器电源.206.1.16.1.2使用NWAKE的应用.20不使用NWAKE的应用.216.2持续上电的微控制器.226.2.16.2.2使用NWAKE的应用.22不使用NWAKE的应用.236.3从普通斜率模式低斜率模式转换到睡眠模式.246.3.16.3.2使用NWAKE的应用.24不使用NWAKE的应用.257故障管理.26-1-7.1.17.1.2LIN总线对地短路.26TXD显性的故障.277.2最小的波特率和最大的TXD显性相位.277.2.17.2.2主机节点的最小波特率.27最小的从机节点波特率.278功率消耗.278.18.28.3睡眠模式功率消耗.28出现LIN总线短路时的睡眠模式功率消耗.28TJA1020和普通LIN收发器的应用比较.289参考资料.29-2-1.简介LINLocalInterconnectNetwork是一个低速的最高20kBaudA类串行总线协议LIN的子总线可以用于像座位门房顶控制板方向盘等模块它的作用是将开关执行元件和传感器从子总线连接到主总线例如CAN总线图1单主机多从机原理LIN协议2采用8N1编码字节区的UART/SCI串行数据链路格式LIN网络包括一个主机节点和一个或多于一个从机节点主机节点控制媒体访问这样一个单主机多从机的网络如图1所示图2LIN总线上的电压电平LIN的物理层在ISO91413标准中定义而且为了符合汽车环境中的特殊应用譬如EMCESD等等还作了一定的提高LIN总线是单线总线它用12V电池的隐性电平线与总线LIN总线的电平如图2所示-3-4-图3典型的LINECU本文档将讲述TJA10201在LIN中作为物理媒体连接工具的技术实现文档会着重介绍使用Philips半ECU的应用提示建议导体的LIN收发器TJA1020设计LIN电子控制单元2总体描述TJA1020收发器是一个物理媒体连接PhysicalMediumAttachment它是LIN主机从机协议控制器和LIN传输媒体之间的接口协议控制器输入引脚TXD的发送数据流被LIN收发器转换成总线信号而且电平翻转速率和波形都受到限制以减少电磁辐射EMETJA1020的接收器检测到LIN总线上的数据流并通过RXD引脚将它传送到协议控制器见2.3节它在睡眠模式中几乎不消耗电流见8.1节并在错误模式中减收发器有低功耗管理模式见8.2节少功率消耗网络中的节点数可多达16个2TJA1020适合用于最高20kBaud的LIN传输速率TJA1020的引脚和标准的K线收发器兼容2.1特征TJA1020的主要特征是波特率高达20kBaud修整输出波形以使电磁幅射EME非常低高抗电磁干扰性EMI在低速应用中VIH(SLP),min时端口在最小高电平时的引脚扇出能力为VIH(SLP),minRSLP,min+IIL(SLP),maxIHIGH(uC),min=其中1VIH(SLP),minRSLP,minIIL(SLP),maxNSLP高电平输入电压的最小值NSLP下拉电阻的最小值NSLP低电平输入电流的最大值3.2.23.2.2.1TXD引脚唤醒源识别TXD引脚是一个双向引脚在普通斜率模式和低斜率模式中它作为发送数据输入而在准备模式中用于标志唤醒源TXD引脚的低电平输出表明在NWAKE引脚发生本地唤醒事件如果NWAKE引脚被用作本地唤醒源TXD引脚要被上拉这个上拉可以用两种方法执行a)微控制器的端口引脚有集成的上拉电阻RTX(uC)见图14ab)将外部上拉电阻RTX(ext)连接到本地VCC见图14b如果没有本地唤醒源NWAKE不使用不需要外部上拉电阻TXD不会被TJA1020强下拉至低电平如果TJA1020使用本地唤醒特征外部上拉电阻RTX要求的上拉能力由下面的条件定义a)当发生本地唤醒事件时集成的唤醒源晶体管具有拉引脚TXD到低的驱动能力b)TJA1020的集成TXD下拉电阻RTXD1微控制器端口引脚的能力以及上拉电阻RTX的值可以用下面的方程算出在VTX(uC)VIH(TXD),min时的最小高电平上拉电流VIH(TXD),minRTXD,min+IIL(TXD),maxIHIGH(RTX),min=当VTX(uC)VIH(TXD),max时的最大低电平上拉电流-11-IOL(TXD),minVIL(TXD),maxVTXDILOW(RTX),max=其中VTXD=0.4V上拉电阻的阻值范围RTX,minRTXRTX,max其中VCCmaxVIL(TXD),maxILOW(RTX),maxRTX,min=和VCCminVIH(TXD),minIHIGH(RTX),minRTX,max=其中1VIH(TXD),minVIL(TXD),maxRTXD,minIIL(TXD),maxIOL(TXD),minTXD高电平输入的最小电压TXD低电平输入的最大电压TXD下拉电阻的最小阻值TXD低电平输入的最大电流TXD低电平输出的最小电流注意由于TXD引脚的LIN信号在上升和下降的过程对称因此它对整个系统的容差有影响所以我们建议TXD输入的RC负载时间常数尽量小例子如果微控制器的电源电压VCC=VCCmin=VCCmax是5V则上拉电阻RTX的阻值范围是VCCmaxVIL(TXD),maxILOW(RTX),maxVCCminVIH(TXD),minIHIGH(RTX),minRTX,min=RTX,max=1.4k140kIOL(TXD),min=3m+IIL(TXD),max=21VIL(TXD),maxVTXDVIH(TXD),minRTXD,min其中ILOW(RTX),max=其中IHIGH(RTX),min=建议上拉电阻RTX的阻值是2.2k图14典型的TXD引脚应用因此3.3V的微控制开漏输出以及VIN(TXD)1的最大输入阀值被设计用于支持3.3V和5V的微控制器器可以直接连接TJA1020而不需要5V的兼容接口3.2.2.2开路处理引脚TXD有一个内部弱下拉电阻RTXD1它可以保证在出现开路故障时还能维持定义的输入电平TXD的输入电平是显性TXD控制超时功能可以防止LIN总线被箝位在显性电平而禁能发送器而且弱下拉可以提供一个输出电平来释放TXD引脚3.2.3RXD引脚接收数据输出RXD提供了一个开漏特性以获得和微控制器电源电压适配的输出电平因此3.3V的微控制器可以在不用兼容接口时使用如果微控制器没有集成的上拉电阻-12-则要加上连接到微控制器电源电压VCC的外部上拉电阻图15是典型的RXD应用可以通过下面的方程计算上拉电阻RRX的阻值由TJA1020的RXD输出引脚的驱动能力确定上拉电阻的阻值范围RRX,minRRXRRX,max其中VRXDIOL(RXD),minVCCmaxVLOW(RX),maxVLOW(RX),maxRRX,min=VRXD=0.4VRRX,max=其中ILH(RXD),maxIOL(RXD),minVHIGH(RX),minVLOW(RX),maxVCCminVHIGH(RX),minVLH(RX),max最大的RXD高电平漏电流1最小的RXD低电平漏电流1微控制器端口引脚RX最小的高电平输入电压微控制器端口引脚RX最大的低电平输入电压注意由于RXD引脚的LIN信号在上升和下降的过程对称因此它对整个系统的容差有影响所以我们建议RXD输出的RC负载时间常数尽量小但上拉电阻RRX不应当低于1k例子如果微控制器的电源电压VCC=VCCmin=VCCmax是5V微控制器端口输入的最小阀值电压是从VLOW(RX),max=0.8V到VHIGH(RX),min=2V则上拉电阻RTX的阻值范围是VRXDIOL(RXD),minVCCmaxVLOW(RX),maxVLOW(RX),maxRRX,min=1.4kVCCminVHIGH(RX),minVLH(RX),maxRRX,max=600k建议上拉电阻RRX的阻值是2.2k图14典型的RXD引脚应用3.2.4NWAKE引脚可以通过本地唤醒输入引脚NWAKE的下降沿检测本地唤醒事件在下降沿后必须要有维持至少tNWAKE的低电平以保证最基本的EMI滤波NWAKE引脚有一个电流流向电池的内部弱下拉电流源IIL(NWAKE)1它在开路故障时可以定义一个引脚高电平我们建议连接一个外部上拉电阻RWAKE1为外部唤醒开关或晶体管提供足够的电流如果NWAKE的唤醒源开关或晶体管和TJA1020的接地通路不同我们建议在NWAKE-13-引脚和唤醒源之间连接一个串联电阻RWAKE2如果在唤醒源仍然连接到地而ECU丢失了地时串联电阻RWAKE2可以通过NWAKE的内部保护二极管保护ECU不会有反向电流图16是一个典型的NWAKE引脚应用它通过外部开关进行本地唤醒上拉电阻RWAKE1只是由唤醒源开关或晶体管要求的电流决定而串联电阻RWAKE2主要由应用中的ECU和外部唤醒源的电平偏移决定下面的方程显示了如何计算建议的串联电阻阻值串联电阻的阻值范围RWAKE2,minRWAKE22tNWAKE,max其中tNWAKE,maxtBAT-ON,max通过NWAKE唤醒的最大显性时间VBAT的最大上电斜坡上升时间举例假设最大的上电斜坡上升时间tBAT-ON,max是1ms上拉电阻RWAKE是10k则CWAKE是=100nFCWAKE=tBATON,maxRWAKE图18其中tBAT-ON,max=1ms2tNWAKE,max=100s上电后唤醒的时序图-16-3.2.53.2.5.1INH引脚INH控制的电压调节器INH输出引脚是一个连接着BAT引脚的开漏输出它可以控制一个外部电压调节器因此必须要有一个连接到地的外部下拉电阻RINH这个下拉通常由电压调节器本身集成典型的INH引脚应用如图19a图19典型的INH引脚应用下拉电阻RINH的阻值范围可以用下面的方程来计算下拉电阻的阻值范围RINH,minRINHTSYNBRK,minTSYNBRK,min在2中规定因此TJA1020可以在2.4kBaud的主机应用下工作7.2.2最小的从机节点波特率从机节点只发送LIN报文帧的RESPONSE部分2这个部分有一个9位起始位8个数据位的最大显性相位从机设备最低的波特率可以用下面的方程计算baudratemin,SLAVE=9+nsafetDOM.min其中nsafe是安全余量因此TJA1020可以在1.8kBaud的从机应用下工作8功率消耗在TJA1020的设计过程中特别注意到系统的功率消耗在汽车应用中作为一个新的LIN子总线这是关键TJA1020不仅可以在无故障系统中执行低功耗而且当LIN总线有总线故障时也能执行低功耗以及通过本地事件保持对电尽管有极低的系统功耗TJA1020还能通过LIN总线提供完整的唤醒功能磁扰动有极高的免疫力-27-8.1睡眠模式功率消耗TJA1020在睡眠模式时的功耗非常低如果收发器通过INH引脚用于控制ECU唯一剩余的电流将流入BAT引脚IBAT(sleep)1见图3.1所有其他的引脚不会扇出或灌入任何外部电流图31睡眠模式的电流消耗8.2出现LIN总线短路时的睡眠模式功率消耗处于睡眠模式时出现LIN对地短路TJA1020的功率消耗仍可以保持非常低由于系统的终端在睡眠模式中几乎禁能因此短路电流由内部偏置电流和用于故障恢复的剩余上拉电流源决定见图32图32典型的睡眠模式短路电流消耗8.3TJA1020和普通LIN收发器的应用比较除了睡眠模式有非常低的功率消耗外TJA1020的自动故障恢复概念主机终端的INH引脚可以将整个系统的功耗减到最低甚至在LIN总线对地短路的情况下功耗也非常低表2显示了低功耗模式中典型系统的电源电流概况-28-表2典型系统的电源电流概况TJA1020主机终端连接INH引脚普通的LIN收发器主机终端连接到VBAT主机节点从机节点6节点网络主机节点从机节点6节点网络睡眠模式系统电流没有总线故障3A3A18A30A30A180A睡眠模式系统电流LIN对地短路100A100A600A12000A430A14150A-29-
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