探索UJA113xA系列Buck/Boost HS - CAN/(Dual) LIN系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片的卓越性能

在汽車(chē)電子控制單元（ECU）的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC）的性能起著至關(guān)重要的作用。今天，我們就來(lái)深入探討NXP Semiconductors推出的UJA113xA系列Buck/Boost HS - CAN/(Dual) LIN系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片，看看它究竟有哪些獨(dú)特之處，能為我們的設(shè)計(jì)帶來(lái)怎樣的便利和優(yōu)勢(shì)。

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1. 芯片概述

UJA113xA SBC集成了高效的降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器，具備一系列現(xiàn)代汽車(chē)ECU常見(jiàn)的功能。它能直接與CAN和LIN總線連接，為微控制器供電，處理輸入輸出信號(hào)，還支持包括看門(mén)狗和高級(jí)“跛行回家”功能等故障安全特性，并且這些配置可通過(guò)非易失性存儲(chǔ)器進(jìn)行調(diào)整。

為了滿足低電池供電電壓和低功耗的需求，UJA113xA集成了具有自動(dòng)降壓（Buck模式）或升壓（Boost模式）功能的開(kāi)關(guān)模式電源（SMPS）。在Boost模式下，UJA1131A和UJA1132A變體能夠在電池電壓下降時(shí)持續(xù)為微控制器供電，確保系統(tǒng)不間斷運(yùn)行。而UJA1135A和UJA1136A的升壓級(jí)雖然輸出電流能力有限，但足以維持微控制器內(nèi)存的供電，防止信息丟失。此外，該芯片實(shí)現(xiàn)了ISO 11898 - 2:2016標(biāo)準(zhǔn)的CAN物理層，支持CAN FD快速階段高達(dá)5 Mbit/s的數(shù)據(jù)速率，為高速通信提供了保障。

2. 特性與優(yōu)勢(shì)

2.1 通用功能

UJA113xA具備通用SBC的各項(xiàng)功能，如集成的降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器、5 V/3.3 V電壓調(diào)節(jié)器（可提供高達(dá)500 mA的電流）、CAN收發(fā)器和最多兩個(gè)LIN收發(fā)器等。它還擁有雙通道電池監(jiān)測(cè)功能、帶窗口和超時(shí)模式的看門(mén)狗以及片上振蕩器，通過(guò)SPI與微控制器進(jìn)行通信。同時(shí)，它適用于標(biāo)稱12 V系統(tǒng)的道路車(chē)輛，具有出色的電磁兼容性（EMC）性能和靜電放電（ESD）保護(hù)能力，還支持通過(guò)CAN總線進(jìn)行遠(yuǎn)程閃存編程。其緊湊的10 mm × 10 mm HTQFP48封裝具有低熱阻，并且是符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的暗綠色產(chǎn)品，與UJA113x產(chǎn)品家族在硬件和軟件上兼容。

2.2 集成的降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器（SMPS）

SMPS僅需一個(gè)外部線圈和一些電容就能實(shí)現(xiàn)功能，具有自動(dòng)降壓或升壓模式選擇功能，能根據(jù)輸入電壓和輸出負(fù)載條件自動(dòng)切換。在Boost模式下，即使輸入電壓很低，也能維持輸出電壓穩(wěn)定。此外，它還具有軟啟動(dòng)功能，可作為V1和V2的預(yù)調(diào)節(jié)器，能有效減少V1和V2輸出的紋波，輸出電壓可通過(guò)SPI進(jìn)行選擇。當(dāng)輸出負(fù)載較輕時(shí)，還可切換到直通模式，以降低電流消耗。

2.3 低壓降電壓調(diào)節(jié)器（LDOs）

主電壓調(diào)節(jié)器V1可提供5 V或3.3 V的標(biāo)稱輸出電壓，輸出電流能力高達(dá)500 mA，在待機(jī)模式下能承受500 mA的瞬態(tài)負(fù)載電流跳躍。它具有電流限制、欠壓復(fù)位等功能，輸出精度可達(dá)±2 %，還具備短路保護(hù)和集成鉗位功能，能確保輸出電壓不超過(guò)6 V。輔助電壓調(diào)節(jié)器V2的輸出級(jí)可配置，標(biāo)稱輸出電壓為5 V，同樣具有高精度、出色的瞬態(tài)響應(yīng)和短路保護(hù)功能。

2.4 CAN收發(fā)器

該收發(fā)器符合ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 5標(biāo)準(zhǔn)，支持CAN FD主動(dòng)通信，在CAN FD數(shù)據(jù)字段中數(shù)據(jù)速率可達(dá)5 Mbit/s。它具有自主總線偏置功能，當(dāng)電源引腳BAT斷電時(shí)，CAN總線連接真正浮空。UJA113xAHW/xFx變體支持符合ISO 11898 - 2:2016的CAN部分網(wǎng)絡(luò)，具有選擇性喚醒功能，能忽略Sleep/Standby模式下的CAN FD總線流量，非常適合同時(shí)支持CAN FD和經(jīng)典CAN通信的網(wǎng)絡(luò)。

2.5 LIN收發(fā)器

根據(jù)所選設(shè)備，可提供一個(gè)或兩個(gè)通道，符合LIN2.x、ISO 17987 - 4:2016（12 V）和SAE J2602標(biāo)準(zhǔn)，向下兼容LIN 1.3。它集成了LIN響應(yīng)器終端，通過(guò)優(yōu)化曲線整形提高了EMC發(fā)射性能。

2.6 高壓輸入輸出引腳（HVIOs）

UJA113xA包含4或8個(gè)高壓輸入輸出引腳，可配置為高邊或低邊驅(qū)動(dòng)器或喚醒輸入。這些引腳具有低導(dǎo)通電阻、短路和開(kāi)路負(fù)載檢測(cè)、反向電流保護(hù)等功能，還可單獨(dú)配置以響應(yīng)電池欠壓和/或過(guò)壓而關(guān)閉。此外，它們還可配置為具有喚醒功能的輸入，能報(bào)告喚醒源，并可進(jìn)行連續(xù)或周期性的輸入電平采樣。部分HVIOs還可配置為跛行回家輸出。

2.7 A/D轉(zhuǎn)換器用于監(jiān)測(cè)電池電壓

該A/D轉(zhuǎn)換器具有10位分辨率，在20 V滿量程下精度可達(dá)±300 mV，有兩個(gè)通道，可連續(xù)測(cè)量電池電壓。當(dāng)測(cè)量的電源電壓超出定義范圍時(shí)，可選擇觸發(fā)軟件中斷和/或關(guān)閉相關(guān)功能。

2.8 電源管理

UJA113xA可通過(guò)CAN、LIN或HVIO引腳喚醒，并能識(shí)別喚醒源。HVIO喚醒輸入功能可禁用以降低電流消耗，還提供周期性輸出信號(hào)用于偏置各種喚醒應(yīng)用。它具有低電流的待機(jī)和睡眠模式，能根據(jù)電池和SMPS輸出電壓自動(dòng)切換工作模式。

2.9 系統(tǒng)控制和診斷特性

系統(tǒng)控制器管理寄存器配置，控制SBC的內(nèi)部功能，收集詳細(xì)的設(shè)備狀態(tài)信息并提供給微控制器，還能生成復(fù)位和中斷信號(hào)?？撮T(mén)狗支持三種操作模式，可通過(guò)寄存器進(jìn)行配置，并且具有冗余狀態(tài)和重新配置保護(hù)功能，防止配置錯(cuò)誤。系統(tǒng)復(fù)位可由多種事件觸發(fā)，復(fù)位源可通過(guò)讀取主SBC狀態(tài)寄存器中的相關(guān)位來(lái)識(shí)別。EN輸出可用于控制外部硬件，根據(jù)不同的配置和電池電壓情況進(jìn)行相應(yīng)操作。LIMP引腳可在ECU故障時(shí)啟用“跛行回家”硬件，還有高級(jí)跛行回家功能通過(guò)HVIO2、HVIO3和HVIO4引腳實(shí)現(xiàn)。

3. 產(chǎn)品家族概述

UJA113xA系列有多種變體，不同變體在Buck/Boost SMPS、電壓調(diào)節(jié)器、CAN和LIN收發(fā)器、HVIO引腳等功能上存在差異，用戶可根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

4. 電氣特性

4.1 極限值

文檔詳細(xì)列出了各引腳的電壓、電流、溫度等極限值，如引腳V1的最大電壓為6 V，引腳CANH和CANL相對(duì)于任何其他引腳的電壓范圍為 - 58 V至 + 58 V等，這些極限值為我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)提供了重要的參考，確保芯片在安全的范圍內(nèi)工作。

4.2 熱特性

根據(jù)JEDEC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，該芯片具有一定的熱阻和熱特性參數(shù)，如從虛擬結(jié)到環(huán)境的熱阻為29 K/W，這有助于我們?cè)谠O(shè)計(jì)散熱方案時(shí)進(jìn)行合理的規(guī)劃。

4.3 靜態(tài)特性

在不同的溫度和電壓條件下，對(duì)芯片的各種靜態(tài)特性進(jìn)行了測(cè)試，包括電源電流、功率檢測(cè)閾值、電壓源輸出電壓、電阻等。例如，在待機(jī)模式下，不同溫度下的電源電流有所不同，這能幫助我們?cè)u(píng)估芯片在不同工作狀態(tài)下的功耗情況。

4.4 動(dòng)態(tài)特性

芯片的動(dòng)態(tài)特性包括SMPS的開(kāi)關(guān)頻率、調(diào)節(jié)超時(shí)時(shí)間、電池供應(yīng)的啟動(dòng)時(shí)間、電壓源的欠壓和過(guò)壓檢測(cè)時(shí)間等。這些特性對(duì)于我們理解芯片在動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性非常重要，例如SMPS的調(diào)節(jié)超時(shí)時(shí)間為137 - 203 μs，這能讓我們知道在電壓超出調(diào)節(jié)窗口時(shí)，芯片需要多長(zhǎng)時(shí)間做出響應(yīng)。

5. 應(yīng)用信息

5.1 應(yīng)用圖

文檔給出了UJA113xA的最小外部電路應(yīng)用圖，包括外部線圈、電容等元件的參數(shù)要求，如Lsmps為22 μH ± 20 %，電流額定值為1.5 A或更高，這為我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中進(jìn)行電路設(shè)計(jì)提供了具體的指導(dǎo)。

5.2 應(yīng)用注意事項(xiàng)

可參考NXP應(yīng)用筆記AN13928獲取更多關(guān)于UJA113xA系列應(yīng)用的詳細(xì)信息，這有助于我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中避免一些潛在的問(wèn)題，提高設(shè)計(jì)的可靠性。

6. 測(cè)試信息

該產(chǎn)品符合汽車(chē)電子委員會(huì)（AEC）標(biāo)準(zhǔn)Q100 Rev - G，經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的測(cè)試和驗(yàn)證，適用于標(biāo)稱12 V系統(tǒng)的道路車(chē)輛，這為我們?cè)谄?chē)電子應(yīng)用中使用該芯片提供了信心。

7. 封裝和處理信息

芯片采用HTQFP48封裝，具有特定的尺寸和引腳布局。在處理芯片時(shí)，需要采取適當(dāng)?shù)撵o電放電（ESD）防護(hù)措施，確保芯片不受ESD損壞。同時(shí)，文檔還介紹了SMD封裝的焊接方法，包括波峰焊和回流焊的適用情況和關(guān)鍵特性，這對(duì)于我們進(jìn)行芯片的焊接和組裝非常有幫助。

總結(jié)

UJA113xA系列Buck/Boost HS - CAN/(Dual) LIN系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片以其豐富的功能、出色的性能和良好的兼容性，為汽車(chē)電子控制單元的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。無(wú)論是在電源管理、通信功能還是故障安全特性方面，它都表現(xiàn)出色。作為電子工程師，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中可以充分利用這些特性，提高產(chǎn)品的可靠性和性能。你在使用類(lèi)似芯片的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？或者對(duì)于UJA113xA系列芯片，你有什么獨(dú)特的見(jiàn)解和想法，歡迎在評(píng)論區(qū)留言分享。