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

在汽車電子控制單元（ECU）的設計領域，系統(tǒng)基礎芯片（SBC）的性能起著至關重要的作用。今天，我們就來深入探討NXP Semiconductors推出的UJA113xA系列Buck/Boost HS - CAN/(Dual) LIN系統(tǒng)基礎芯片，看看它究竟有哪些獨特之處，能為我們的設計帶來怎樣的便利和優(yōu)勢。

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1. 芯片概述

UJA113xA SBC集成了高效的降壓 - 升壓轉換器，具備一系列現(xiàn)代汽車ECU常見的功能。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，還支持包括看門狗和高級“跛行回家”功能等故障安全特性，并且這些配置可通過非易失性存儲器進行調整。

為了滿足低電池供電電壓和低功耗的需求，UJA113xA集成了具有自動降壓（Buck模式）或升壓（Boost模式）功能的開關模式電源（SMPS）。在Boost模式下，UJA1131A和UJA1132A變體能夠在電池電壓下降時持續(xù)為微控制器供電，確保系統(tǒng)不間斷運行。而UJA1135A和UJA1136A的升壓級雖然輸出電流能力有限，但足以維持微控制器內存的供電，防止信息丟失。此外，該芯片實現(xiàn)了ISO 11898 - 2:2016標準的CAN物理層，支持CAN FD快速階段高達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

2.1 通用功能

UJA113xA具備通用SBC的各項功能，如集成的降壓 - 升壓轉換器、5 V/3.3 V電壓調節(jié)器（可提供高達500 mA的電流）、CAN收發(fā)器和最多兩個LIN收發(fā)器等。它還擁有雙通道電池監(jiān)測功能、帶窗口和超時模式的看門狗以及片上振蕩器，通過SPI與微控制器進行通信。同時，它適用于標稱12 V系統(tǒng)的道路車輛，具有出色的電磁兼容性（EMC）性能和靜電放電（ESD）保護能力，還支持通過CAN總線進行遠程閃存編程。其緊湊的10 mm × 10 mm HTQFP48封裝具有低熱阻，并且是符合環(huán)保標準的暗綠色產(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 - 升壓轉換器（SMPS）

SMPS僅需一個外部線圈和一些電容就能實現(xiàn)功能，具有自動降壓或升壓模式選擇功能，能根據(jù)輸入電壓和輸出負載條件自動切換。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，它還具有軟啟動功能，可作為V1和V2的預調節(jié)器，能有效減少V1和V2輸出的紋波，輸出電壓可通過SPI進行選擇。當輸出負載較輕時，還可切換到直通模式，以降低電流消耗。

2.3 低壓降電壓調節(jié)器（LDOs）

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

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標準，支持CAN FD主動通信，在CAN FD數(shù)據(jù)字段中數(shù)據(jù)速率可達5 Mbit/s。它具有自主總線偏置功能，當電源引腳BAT斷電時，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，具有選擇性喚醒功能，能忽略Sleep/Standby模式下的CAN FD總線流量，非常適合同時支持CAN FD和經(jīng)典CAN通信的網(wǎng)絡。

2.5 LIN收發(fā)器

根據(jù)所選設備，可提供一個或兩個通道，符合LIN2.x、ISO 17987 - 4:2016（12 V）和SAE J2602標準，向下兼容LIN 1.3。它集成了LIN響應器終端，通過優(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個高壓輸入輸出引腳，可配置為高邊或低邊驅動器或喚醒輸入。這些引腳具有低導通電阻、短路和開路負載檢測、反向電流保護等功能，還可單獨配置以響應電池欠壓和/或過壓而關閉。此外，它們還可配置為具有喚醒功能的輸入，能報告喚醒源，并可進行連續(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轉換器用于監(jiān)測電池電壓

該A/D轉換器具有10位分辨率，在20 V滿量程下精度可達±300 mV，有兩個通道，可連續(xù)測量電池電壓。當測量的電源電壓超出定義范圍時，可選擇觸發(fā)軟件中斷和/或關閉相關功能。

2.8 電源管理

UJA113xA可通過CAN、LIN或HVIO引腳喚醒，并能識別喚醒源。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用于偏置各種喚醒應用。它具有低電流的待機和睡眠模式，能根據(jù)電池和SMPS輸出電壓自動切換工作模式。

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的內部功能，收集詳細的設備狀態(tài)信息并提供給微控制器，還能生成復位和中斷信號。看門狗支持三種操作模式，可通過寄存器進行配置，并且具有冗余狀態(tài)和重新配置保護功能，防止配置錯誤。系統(tǒng)復位可由多種事件觸發(fā)，復位源可通過讀取主SBC狀態(tài)寄存器中的相關位來識別。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行相應操作。LIMP引腳可在ECU故障時啟用“跛行回家”硬件，還有高級跛行回家功能通過HVIO2、HVIO3和HVIO4引腳實現(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)具體應用需求進行選擇。

4. 電氣特性

4.1 極限值

文檔詳細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，這些極限值為我們在設計時提供了重要的參考，確保芯片在安全的范圍內工作。

4.2 熱特性

根據(jù)JEDEC標準測試，該芯片具有一定的熱阻和熱特性參數(shù)，如從虛擬結到環(huán)境的熱阻為29 K/W，這有助于我們在設計散熱方案時進行合理的規(guī)劃。

4.3 靜態(tài)特性

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

4.4 動態(tài)特性

芯片的動態(tài)特性包括SMPS的開關頻率、調節(jié)超時時間、電池供應的啟動時間、電壓源的欠壓和過壓檢測時間等。這些特性對于我們理解芯片在動態(tài)變化過程中的響應速度和穩(wěn)定性非常重要，例如SMPS的調節(jié)超時時間為137 - 203 μs，這能讓我們知道在電壓超出調節(jié)窗口時，芯片需要多長時間做出響應。

5. 應用信息

5.1 應用圖

文檔給出了UJA113xA的最小外部電路應用圖，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，這為我們在實際應用中進行電路設計提供了具體的指導。

5.2 應用注意事項

可參考NXP應用筆記AN13928獲取更多關于UJA113xA系列應用的詳細信息，這有助于我們在實際應用中避免一些潛在的問題，提高設計的可靠性。

6. 測試信息

該產(chǎn)品符合汽車電子委員會（AEC）標準Q100 Rev - G，經(jīng)過了嚴格的測試和驗證，適用于標稱12 V系統(tǒng)的道路車輛，這為我們在汽車電子應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，需要采取適當?shù)撵o電放電（ESD）防護措施，確保芯片不受ESD損壞。同時，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鍵特性，這對于我們進行芯片的焊接和組裝非常有幫助。

總結

UJA113xA系列Buck/Boost HS - CAN/(Dual) LIN系統(tǒng)基礎芯片以其豐富的功能、出色的性能和良好的兼容性，為汽車電子控制單元的設計提供了一個優(yōu)秀的解決方案。無論是在電源管理、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，我們在設計過程中可以充分利用這些特性，提高產(chǎn)品的可靠性和性能。你在使用類似芯片的過程中遇到過哪些問題呢？或者對于UJA113xA系列芯片，你有什么獨特的見解和想法，歡迎在評論區(qū)留言分享。