深入解析NXP MC33742系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點
深入解析NXP MC33742系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點
引言
在汽車電子控制單元（ECU）的設(shè)計中，系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC）起著至關(guān)重要的作用。它集成了多種常用功能，能夠簡化電路設(shè)計、提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。NXP的MC33742和MC33742S SMARTMOS設(shè)備就是這樣兩款優(yōu)秀的SBC，它們結(jié)合了CAN 2.0兼容收發(fā)器和多種功能，廣泛應(yīng)用于汽車電子領(lǐng)域。本文將詳細(xì)介紹MC33742的特性、功能、工作模式以及應(yīng)用設(shè)計要點，希望能為電子工程師們在相關(guān)設(shè)計中提供參考。
文件下載：MC33742PEP.pdf
一、MC33742概述
MC33742是一款SPI控制的系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片，它將許多常用功能與CAN 2.0兼容收發(fā)器集成在一起。該芯片具有一個完全受保護(hù)的5.0 V低 dropout 內(nèi)部穩(wěn)壓器，具備限流、過溫預(yù)警和復(fù)位功能。此外，還可以通過外部PNP雙極結(jié)型晶體管實現(xiàn)第二個5.0 V穩(wěn)壓器。
（一）主要特性
- 高速CAN收發(fā)器：具備1.0 Mbps的CAN收發(fā)器總線接口，并擁有總線診斷能力，能夠滿足汽車電子系統(tǒng)中高速數(shù)據(jù)通信的需求。
- SPI控制：支持最高4.0 MHz的SPI控制頻率，方便與微控制器進(jìn)行通信和控制。
- 穩(wěn)壓器功能：5.0 V低 dropout電壓穩(wěn)壓器，具有限流、過溫預(yù)警、輸出監(jiān)控和復(fù)位功能，同時還能通過外部串聯(lián)晶體管實現(xiàn)第二個5.0 V穩(wěn)壓器。
- 多種工作模式：擁有正常、待機、停止和睡眠四種主要工作模式，其中睡眠和停止模式下電流較低，有助于降低系統(tǒng)功耗。
- 其他功能：具備高端開關(guān)輸出驅(qū)動器，可用于控制外部電路；還有可編程窗口看門狗、中斷、復(fù)位和SPI模塊等，用于通信和控制。
（二）產(chǎn)品型號與封裝
| MC33742有不同的型號和封裝可供選擇，如28引腳的SOICW和48引腳的QFN封裝，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。具體的訂購信息如下表所示： | 設(shè)備 | 溫度范圍 ((T_A) ) | 封裝 |
|---|---|---|---|
| MC33742PEG/R2 | - 40 °C to 125 °C | 28 SOICW | |
| MC33742SPEG/R2 | - 40 °C to 125 °C | 28 SOICW | |
| MC33742PEP/R2 | - 40 °C to 125 °C | 48 QFN |
二、引腳連接與功能描述
（一）引腳定義
MC33742的28引腳和48引腳封裝各有其引腳定義，下面分別介紹：
1. 28引腳封裝
| 引腳 | 引腳名稱 | 正式名稱 | 定義 |
|---|---|---|---|
| 1 | RXD | 接收數(shù)據(jù) | CAN總線接收數(shù)據(jù)輸出引腳 |
| 2 | TXD | 發(fā)送數(shù)據(jù) | CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)輸入引腳 |
| 3 | VDD | 電壓數(shù)字漏極 | 5.0 V穩(wěn)壓器輸出引腳，為MCU供電 |
| 4 | RST | 復(fù)位輸出 (低電平有效) | 設(shè)備復(fù)位輸出引腳，主要用于復(fù)位MCU，該引腳有一個內(nèi)部上拉電流源至VDD |
| 5 | INT | 中斷輸出 (低電平有效) | 當(dāng)啟用的中斷條件發(fā)生時，該輸出為低電平，輸出為推挽結(jié)構(gòu) |
| 6 - 9、20 - 23 | GND | 接地 | 這些設(shè)備接地引腳內(nèi)部連接到封裝引線框架，為33742到PCB提供熱路徑 |
| 10 | V2 | 電壓源2 | 使用外部串聯(lián)晶體管的V2穩(wěn)壓器的感應(yīng)輸入，V2也是CAN收發(fā)器的內(nèi)部電源 |
| 11 | V2CTRL | 電壓源2控制 | 連接到外部串聯(lián)晶體管的V2穩(wěn)壓器的輸出驅(qū)動源 |
| 12 | VSUP | 電壓供應(yīng) | 33742的供電輸入引腳 |
| 13 | HS | 高端輸出 | 內(nèi)部高端開關(guān)的輸出，輸出電流內(nèi)部限制為150 mA |
| 14 - 17 | L0 - L3 | 電平0 - 3輸入 | 來自外部開關(guān)或邏輯電路的輸入 |
| 18 | CANH | CAN高輸出 | CAN高輸出引腳 |
| 19 | CANL | CAN低輸出 | CAN低輸出引腳 |
| 24 | SCLK | 串行數(shù)據(jù)時鐘 | 串行外設(shè)接口 (SPI) 的時鐘輸入引腳 |
| 25 | MISO | 主入從出 | 33742發(fā)送到MCU的SPI數(shù)據(jù)，當(dāng)CS為高電平時，引腳處于高阻抗?fàn)顟B(tài) |
| 26 | MOSI | 主出從入 | 33742接收的SPI數(shù)據(jù) |
| 27 | CS | 芯片選擇 (低電平有效) | 與SPI總線一起使用，用于選擇33742，當(dāng)CS為低電平時，33742是SPI總線的選定設(shè)備 |
| 28 | WDOG | 看門狗輸出 (低電平有效) | 如果軟件看門狗未正確觸發(fā)，WDOG輸出引腳為低電平 |
2. 48引腳封裝
| 引腳 | 引腳名稱 | 正式名稱 | 定義 |
|---|---|---|---|
| 1、12 - 16、21 - 25、36 - 40、45 - 48 | NC | 無連接 | 無連接 |
| 2 | SCLK | 串行數(shù)據(jù)時鐘 | 串行外設(shè)接口 (SPI) 的時鐘輸入引腳 |
| 3 | MISO | 主入從出 | 33742發(fā)送到MCU的SPI數(shù)據(jù)，當(dāng)CS為高電平時，引腳處于高阻抗?fàn)顟B(tài) |
| 4 | MOSI | 主出從入 | 33742接收的SPI數(shù)據(jù) |
| 5 | CS | 芯片選擇 (低電平有效) | 與SPI總線一起使用，用于選擇33742，當(dāng)CS為低電平時，33742是SPI總線的選定設(shè)備 |
| 6 | WDOG | 看門狗輸出 (低電平有效) | 如果軟件看門狗未正確觸發(fā)，WDOG輸出引腳為低電平 |
| 7 | RXD | 接收數(shù)據(jù) | CAN總線接收數(shù)據(jù)輸出引腳 |
| 8 | TXD | 發(fā)送數(shù)據(jù) | CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)輸入引腳 |
| 9 | VDD | 電壓數(shù)字漏極 | 5.0 V穩(wěn)壓器輸出引腳，為MCU供電 |
| 10 | RST | 復(fù)位輸出 (低電平有效) | 設(shè)備復(fù)位輸出引腳，主要用于復(fù)位MCU，該引腳有一個內(nèi)部上拉電流源至VDD |
| 11 | INT | 中斷輸出 (低電平有效) | 當(dāng)啟用的中斷條件發(fā)生時，該輸出為低電平，輸出為推挽結(jié)構(gòu) |
| 17 - 20、41 - 44 | GND | 接地 | 這些設(shè)備接地引腳內(nèi)部連接到封裝引線框架，為33742到PCB提供熱路徑 |
| 26 | V2 | 電壓源2 | 使用外部串聯(lián)晶體管的V2穩(wěn)壓器的感應(yīng)輸入，V2也是CAN收發(fā)器的內(nèi)部電源 |
| 27 | V2CTRL | 電壓源2控制 | 連接到外部串聯(lián)晶體管的V2穩(wěn)壓器的輸出驅(qū)動源 |
| 28 | VSUP | 電壓供應(yīng) | 33742的供電輸入引腳 |
| 29 | HS | 高端輸出 | 內(nèi)部高端開關(guān)的輸出，輸出電流內(nèi)部限制為150 mA |
| 30 - 33 | L0 - L3 | 電平0 - 3輸入 | 來自外部開關(guān)或邏輯電路的輸入 |
| 34 | CANH | CAN高輸出 | CAN高輸出引腳 |
| 35 | CANL | CAN低輸出 | CAN低輸出引腳 |
（二）功能描述
1. 接收和發(fā)送數(shù)據(jù)（RXD和TXD）
RXD和TXD引腳分別與微控制器的CAN協(xié)議處理程序相連。TXD是輸入引腳，用于控制CANH和CANL線路狀態(tài)（TXD為低電平時為顯性，高電平時為隱性）；RXD是輸出引腳，用于報告總線狀態(tài)（CAN總線為顯性時RXD為低電平，隱性時為高電平）。
2. 電壓數(shù)字漏極（VDD）
VDD引腳是5.0 V內(nèi)部穩(wěn)壓器的輸出引腳，最大可提供200 mA電流。該輸出具備過流和過溫保護(hù)功能，包含過溫預(yù)警標(biāo)志，當(dāng)內(nèi)部穩(wěn)壓器溫度超過典型值130 °C時，該標(biāo)志置位；當(dāng)溫度超過過溫關(guān)斷溫度（典型值170 °C）時，穩(wěn)壓器關(guān)閉。此外，VDD還包含欠壓復(fù)位電路，當(dāng)VDD低于欠壓復(fù)位閾值時，RST引腳置低。
3. 復(fù)位輸出（RST）
RST引腳是輸出引腳，當(dāng)設(shè)備處于復(fù)位模式時置低，非復(fù)位模式時置高。RST引腳包含一個內(nèi)部上拉電流源，當(dāng)RST為低電平時，灌電流能力有限，可用于軟件調(diào)試或軟件下載。
4. 中斷輸出（INT）
INT引腳是輸出引腳，當(dāng)發(fā)生中斷時置低。通過中斷寄存器（INTR）啟用中斷功能，當(dāng)中斷發(fā)生時，INT保持低電平直到中斷源被清除。在設(shè)備處于停止模式時，INT輸出還會通過一個典型的10 μs脈沖報告喚醒事件。
5. 電壓源2（V2）
V2引腳是V2穩(wěn)壓器的輸入感應(yīng)引腳，連接到外部串聯(lián)晶體管。V2也是內(nèi)部CAN接口的5.0 V電源。如果不使用外部串聯(lián)晶體管，V2可以連接到外部5.0 V穩(wěn)壓器或VDD輸出，此時V2CTRL引腳必須懸空。
6. 電壓源2控制（V2CTRL）
V2CTRL引腳是連接到外部串聯(lián)晶體管的V2穩(wěn)壓器的輸出驅(qū)動引腳。
7. 電壓供應(yīng)（VSUP）
VSUP引腳是設(shè)備的電池供電輸入引腳。
8. 高端輸出（HS）
HS引腳是內(nèi)部高端驅(qū)動器的輸出引腳，具備內(nèi)部過流和過溫保護(hù)功能。
9. 電平0 - 3輸入（L0 - L3）
L0 - L3引腳可以連接到接觸開關(guān)或其他IC的輸出，用于外部輸入。輸入狀態(tài)可以通過SPI讀取，這些輸入在設(shè)備處于睡眠或停止模式時可用作喚醒事件。
10. CAN高和CAN低輸出（CANH和CANL）
CANH和CANL引腳是CAN總線線路的接口，由TXD輸入電平控制，CANH和CANL的狀態(tài)通過RXD輸出報告。在CANH和CANL引腳之間連接有一個60 Ω的終端電阻。
11. 串行數(shù)據(jù)時鐘（SCLK）
SCLK是串行外設(shè)接口的串行數(shù)據(jù)時鐘輸入引腳。
12. 主入從出（MISO）
MISO是串行外設(shè)接口的主入從出引腳，數(shù)據(jù)通過該引腳從SBC發(fā)送到微控制器。
13. 主出從入（MOSI）
MOSI是串行外設(shè)接口的主出從入引腳，來自微控制器的控制數(shù)據(jù)通過該引腳接收。
14. 芯片選擇（CS）
CS是串行外設(shè)接口的芯片選擇引腳，當(dāng)該引腳為低電平時，設(shè)備的SPI端口被選中。
15. 看門狗輸出（WDOG）
當(dāng)軟件看門狗未正確觸發(fā)時，看門狗輸出引腳WDOG置低。
三、工作模式
MC33742具有四種主要工作模式，通過SPI進(jìn)行控制，另外還有一個臨時的正常請求模式和復(fù)位模式。下面分別介紹這些工作模式的特點和應(yīng)用場景。
（一）待機模式
在待機模式下，只有VDD穩(wěn)壓器開啟，V2穩(wěn)壓器通過禁用V2CTRL引腳關(guān)閉。其他可用功能包括通過SPI讀取L0 - L3輸入和激活HS輸出。此時CAN接口無法發(fā)送消息，如果接收到CAN消息，CANWU位會被置位，看門狗定時器運行。
（二）正常模式
正常模式下，VDD和V2穩(wěn)壓器都處于開啟狀態(tài)，所有功能均可使用，包括看門狗、通過SPI讀取喚醒輸入、激活HS和進(jìn)行CAN通信。看門狗定時器運行，需要通過SPI定期清除。
（三）停止模式
在停止模式下，V2穩(wěn)壓器通過禁用V2CTRL引腳關(guān)閉，VDD穩(wěn)壓器以特殊的低功耗模式激活，僅提供幾毫安的電流，為應(yīng)用的MCU提供“保持活動”電源。設(shè)備可以從SBC端（如循環(huán)檢測、強制喚醒、CAN消息、喚醒輸入和VDD過流）或MCU端（如按鍵喚醒）喚醒。停止模式通常通過SPI選擇，在該模式下，看門狗軟件是否運行可通過SPI選擇。
（四）睡眠模式
睡眠模式下，VDD和V2穩(wěn)壓器關(guān)閉，通過VSUP引腳的電流消耗降低。設(shè)備可以通過檢測L0 - L3輸入的電平變化、循環(huán)檢查L0 - L3輸入、強制喚醒定時器或從CAN物理接口接收到CAN消息來喚醒。喚醒后，設(shè)備先進(jìn)入復(fù)位模式，然后進(jìn)入正常請求模式。
（五）復(fù)位模式
在復(fù)位模式下，RST引腳為低電平，定時器運行(t_{RSTDUR})時間。時間過后，33742進(jìn)入正常請求操作模式。當(dāng)出現(xiàn)復(fù)位條件（如VDD低、看門狗超時或在封閉窗口中觸發(fā)看門狗）時，進(jìn)入復(fù)位模式。
（六）正常請求模式
正常請求模式是一種臨時操作模式，設(shè)備在復(fù)位模式后或從停止模式喚醒后會自動進(jìn)入該模式。在正常請求模式下，VDD穩(wěn)壓器開啟，V2穩(wěn)壓器關(guān)閉，RST引腳為高電平。進(jìn)入該模式后，會啟動一個內(nèi)部350 ms的定時器（參數(shù)(t_{NRTOUT})），在此期間，應(yīng)用的MCU必須通過SPI訪問33742并配置TIM1子寄存器以選擇看門狗周期，否則設(shè)備將進(jìn)入復(fù)位模式。
四、電氣特性
（一）最大額定值
| MC33742的最大額定值規(guī)定了設(shè)備正常工作的電壓、電流和溫度范圍，超過這些額定值可能會導(dǎo)致設(shè)備故障或永久損壞。相關(guān)參數(shù)如下表所示： | 額定值 | 符號 | 值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|
| 電源電壓（VSUP） | VSUP | - 0.3 to 27（連續(xù)）， - 0.3 to 40（瞬態(tài)） | V | |
| 邏輯信號 | VLOG | - 0.3 to Vpp + 0.3 | V | |
| VDD輸出電壓 | VDD | 0.0 to 5.3 | V | |
| VDD輸出電流 | IDD | 內(nèi)部限制 | A | |
| HS電壓輸出電流 | VHS_HS | - 0.3 to Vsup + 0.3（電壓），內(nèi)部限制（電流） | V、A | |
| ESD能力（人體模型） | VESD1 | 28引腳SOIC：HS、L0 - L3、CANH、CANL引腳 ±4000 V，其他引腳 +2000 V；48引腳QFN：所有引腳 +2000 V | V | |
| ESD能力（機器模型） | VESD2 | ±200 | V | |
| 外部電路瞬態(tài)輸入電壓 | VTRINEC | ±100 | V | |
| CANL和CANH連續(xù)電壓 | VCANHL | - 27 to 40 | V | |
| CANL和CANH連續(xù)電流 | CANH/L | 200 | mA | |
| CANH和CANL瞬態(tài)電壓（負(fù)載突降） | VLDH/L | 40 | V | |
| CANH和CANL瞬態(tài)電壓 | VTRH/L | ±40 | V | |
| 工作溫度 | TA | - 40 to 125 | °C | |
| 結(jié)溫 | TJ | - 40 to 150 | °C | |
| 存儲溫度 | TSTG | - 55 to 165 | °C | |
| 熱阻 | RθJG | 20 | °C/W | |
| 功耗 | PD | 1.0 | W |
（二）靜態(tài)電氣特性
靜態(tài)電氣特性描述了設(shè)備在靜態(tài)條件下的性能參數(shù)，如輸入輸出電壓、電流等。相關(guān)參數(shù)在特定條件下（如(4.75 V ≤ V2 ≤ 5.25 V)，(5.5 V ≤ V{SUP} ≤ 18 V)，(-40^{circ} C ≤ T{A} ≤ 125^{circ} C)）進(jìn)行測量，典型值反映了在(T_{A}=25^{circ} C)、標(biāo)稱條件下的近似參數(shù)均值。以下是部分重要參數(shù)：
1. 輸入引腳（VSUP）
- 電源電壓：標(biāo)稱直流電壓為5.5 - 18 V，擴(kuò)展直流電壓在不同功能下有所不同，負(fù)載突降時可承受40 V，跳躍啟動時可承受27 V。
-
汽車電子
+關(guān)注
關(guān)注
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