特定幀喚醒CAN FD收發(fā)器芯片SIT1145AQ功能詳解

SIT1145AQ是芯力特研發(fā)的第三代CAN FD車載收發(fā)器接口芯片，與前兩代產(chǎn)品相比，在第二代CAN FD的基礎(chǔ)之上增加了SPI端口，此端口用于配置SIT1145AQ各種工作模式以及獲取網(wǎng)絡(luò)診斷信息，使SIT1145AQ控制靈活性更大，功能更全。同時(shí)SIT1145AQ支持最大5Mbps靈活數(shù)據(jù)速率，并支持在休眠/待機(jī)模式下特定幀喚醒，特定幀喚醒功能有助于使ECU長(zhǎng)時(shí)間保持在低功耗運(yùn)行狀態(tài)，從而降低汽車的總功耗。同時(shí)SIT1145AQ也支持CAN總線網(wǎng)絡(luò)喚醒單個(gè)ECU或多個(gè)ECU組，而網(wǎng)絡(luò)的其余部分在低功耗模式運(yùn)行。

一、SIT1145AQ CAN FD收發(fā)器特點(diǎn)

SIT1145AQ是芯力特研發(fā)的第三代CAN FD車載收發(fā)器接口芯片，與前兩代產(chǎn)品相比，在第二代CAN FD的基礎(chǔ)之上增加了SPI端口，此端口用于配置SIT1145AQ各種工作模式以及獲取網(wǎng)絡(luò)診斷信息，使SIT1145AQ控制靈活性更大，功能更全。同時(shí)SIT1145AQ支持最大5Mbps靈活數(shù)據(jù)速率，并支持在休眠/待機(jī)模式下特定幀喚醒，特定幀喚醒功能有助于使ECU長(zhǎng)時(shí)間保持在低功耗運(yùn)行狀態(tài)，從而降低汽車的總功耗。同時(shí)SIT1145AQ也支持CAN總線網(wǎng)絡(luò)喚醒單個(gè)ECU或多個(gè)ECU組，而網(wǎng)絡(luò)的其余部分在低功耗模式運(yùn)行。除此以外還有以下特點(diǎn)：

① 通用特性

●   支持5種工作模式，分別是：正常、待機(jī)、休眠、過(guò)溫和關(guān)斷模式；

●   兼容ISO 11898-2:2016協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，支持最大5Mbps靈活數(shù)據(jù)速率;

●   總線端口±58V耐壓，可以支持乘用車系統(tǒng)與商用車系統(tǒng)應(yīng)用;

●   BAT引腳工作電壓5.5~40V，耐壓70V;

●   高抗電磁干擾能力低信號(hào)輻射，支持芯片級(jí)±8KV ESD保護(hù);

●   支持I/O 電壓范圍3V ~ 5V與MCU供電適配；

●   集成振鈴抑制與斜率控制電路，提升總線信號(hào)質(zhì)量；

●   符合 AEC-Q100;

② 低功耗電源管理

●   支持低功耗模式，在休眠模式IBAT為60uA ，在待機(jī)模式IBAT為70uA;

●   支持INH引腳控制關(guān)斷整個(gè)節(jié)點(diǎn)；

●   支持任意幀喚醒與特定幀喚醒，集成低功耗幀接收檢測(cè)電路，實(shí)現(xiàn)特定幀喚醒；

●   特定幀喚醒可以支持最大1Mbps數(shù)據(jù)傳輸速率；

●   支持WAKE引腳實(shí)現(xiàn)本地低功耗模式喚醒；

③ SPI通信保護(hù)與診斷

●   SPI 接口用于收發(fā)器控制和狀態(tài)信息檢索，支持正常模式4M速率，支持休眠模式1M速率；

●   具有16位、24位或32位SPI，用于配置、控制和診斷；

●   具有喚醒源診斷識(shí)別功能

●   冷啟動(dòng)診斷(通過(guò)PO和NMS位)；

●   具有網(wǎng)絡(luò)診斷能力、TXD顯性超時(shí)保護(hù)功能；

●   支持BAT、VCC和VIO電源引腳上具有欠壓保護(hù)；

●   具有總線短路保護(hù)，掉電保護(hù)，過(guò)溫保護(hù)等功能。

二、SIT1145AQ CAN FD收發(fā)器內(nèi)部系統(tǒng)框圖

圖1 SIT1145AQ內(nèi)部結(jié)構(gòu)系統(tǒng)框圖

三、SIT1145AQ CAN FD收發(fā)器封裝及引腳功能

① SIT1145AQ引腳封裝圖

圖2  SIT1145AQ引腳封裝圖

② SIT1145AQ引腳功能定義

圖3  SIT1145AQ引腳功能定義圖

VIO：VIO的電平?jīng)Q定SPI和RXD TXD 的高電平電壓，同時(shí)檢測(cè)VIO掉電和欠壓

BAT：常供電電源。BAT引腳不掉電1145的寄存器保持不變。

VCC：給收發(fā)器模塊供電。同時(shí)檢測(cè)VCC掉電和欠壓。

WAKE: 本地喚醒引腳的上升沿切換閾值電壓最大為4.2V，控制時(shí)需要注意。

INT: 是輸出引腳，輸出為高阻態(tài)或BAT引腳電平，用于控制5V/3V電源。

四、SIT1145AQ CAN FD收發(fā)器工作模式及模式切換

① SIT145AQ 工作模1式切換跳轉(zhuǎn)圖

圖4 SIT1145AQ工作模式跳轉(zhuǎn)圖

正常模式

正常模式是主動(dòng)運(yùn)行模式。在此模式下，SIT1145AQ完全正常工作。所有設(shè)備硬件均可用并可被激活。 通過(guò)SPI命令（MC=111），可以從待機(jī)或休眠模式切換到正常模式。

待機(jī)模式

待機(jī)模式是SIT1145AQ的一級(jí)省電模式，具有低功耗特性。在待機(jī)模式下，收發(fā)器無(wú)法發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，但由于INH引腳仍然保持有效狀態(tài)，因此由該引腳控制的電源也處于有效狀態(tài)。

休眠模式

休眠模式是SIT1145AQ的第二級(jí)省電模式。在休眠模式下，收發(fā)器的行為與待機(jī)模式相同： 引腳INH設(shè)置為高阻態(tài)。由INH引腳控制的電源被關(guān)閉，流入BAT引腳的電流將降至最低。 可以通過(guò)SPI命令（MC=001）切換到休眠模式。 如果檢測(cè)到VIO或者 VCC欠壓事件也會(huì)進(jìn)入休眠模式。

關(guān)斷模式

當(dāng)BAT引腳電壓過(guò)低而無(wú)法為IC供電時(shí)，SIT1145AQ將強(qiáng)制切換關(guān)斷模式。在關(guān)斷模式下，CAN引腳和INH引腳處于高阻態(tài)。 當(dāng)BAT引腳電壓升至上電閾值以上時(shí)，SIT1145AQ開(kāi)始啟動(dòng), 切換到待機(jī)模式。

過(guò)溫模式

過(guò)溫模式是為了防止SIT1145AQ因溫度過(guò)高而受損。當(dāng)芯片溫度升至過(guò)溫閾值以上時(shí)，SIT1145AQ會(huì)立即從正常模式切換到過(guò)溫模式。

② SIT1145AQ 收發(fā)器的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)圖

圖5 SIT1145AQ收發(fā)器的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)圖

CAN主動(dòng)模式

在CAN主動(dòng)模式下，收發(fā)器可以通過(guò)CANH和CANL發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。CAN偏置電壓來(lái)源于VCC。 應(yīng)用程序可以通過(guò)讀取收發(fā)器狀態(tài)寄存器中的CAN收發(fā)器狀態(tài)（CTS）位來(lái)確定CAN收發(fā) 器是準(zhǔn)備好發(fā)送/接收數(shù)據(jù)還是被禁用。

CAN只聽(tīng)模式

CAN只聽(tīng)模式允許SIT1145AQ在收發(fā)器禁用時(shí)監(jiān)控總線活動(dòng)，并且不會(huì)影響總線電平。

CAN離線和離線偏置模式

在CAN 離線模式下，如果啟用了 CAN 喚醒檢測(cè)（CWE=1），收發(fā)器將監(jiān)控 CAN 總線的喚醒事件，CANH 和 CANL 偏向 GND。CAN 離線偏置模式與 CAN 離線模式相同，只是 CAN 總線偏置至 2.5 V。

CAN 關(guān)斷模式

當(dāng)出現(xiàn)以下情況時(shí)，CAN 收發(fā)器完全關(guān)閉，總線懸空;

五、SIT1145AQ特定幀喚醒

傳統(tǒng)的CAN收發(fā)器遠(yuǎn)程喚醒方式是任意幀喚醒，在睡眠模式下，總線上出現(xiàn)一幀有效的遠(yuǎn)程喚醒請(qǐng)求信號(hào)（顯隱顯）時(shí)，總線上所有設(shè)定了遠(yuǎn)程喚醒的收發(fā)器都會(huì)被喚醒并轉(zhuǎn)至待機(jī)模式。此時(shí)RXD引腳被拉低，INH引腳被拉高，從而使3V/5V電源為MCU供電。MCU上電后檢測(cè)喚醒報(bào)文是否滿足喚醒條件，不滿足喚醒條件的節(jié)點(diǎn)控制MCU和收發(fā)器繼續(xù)睡眠。在這個(gè)檢測(cè)喚醒報(bào)文的過(guò)程中需要MCU和收發(fā)器保持工作，產(chǎn)生功耗，而且只要總線上有報(bào)文就會(huì)不停的喚醒收發(fā)器和MCU，不停產(chǎn)生功耗。

① SIT1145AQ特定幀喚醒示意圖

圖7 SIT1145AQ特定幀喚醒示意圖

特定幀喚醒也叫選擇性喚醒和指定幀喚醒，是一種更高效的喚醒方法，它利用了CAN協(xié)議中的“遠(yuǎn)程幀（Remote Frame）”特性。在CAN特定幀喚醒中，一個(gè)喚醒節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送一個(gè)遠(yuǎn)程幀，以喚醒睡眠節(jié)點(diǎn)。而睡眠節(jié)點(diǎn)則被配置為只監(jiān)聽(tīng)特定的遠(yuǎn)程幀，而不監(jiān)聽(tīng)其他數(shù)據(jù)幀。當(dāng)睡眠節(jié)點(diǎn)接收到特定的遠(yuǎn)程幀時(shí)，它會(huì)立即從睡眠模式中喚醒，并啟動(dòng)正常的通信操作。這種方法可以減小節(jié)點(diǎn)的功耗和總線負(fù)載，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)只需要監(jiān)聽(tīng)特定的遠(yuǎn)程幀。相較于傳統(tǒng)的喚醒方式，CAN特定幀喚醒能夠更高效地從睡眠模式中喚醒節(jié)點(diǎn)，并降低系統(tǒng)的功耗和總線負(fù)載。而SIT1145AQ就是對(duì)這種特定幀喚醒方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的。MCU通過(guò)SPI接口來(lái)設(shè)置SIT1145AQ的寄存器，設(shè)定喚醒ID和數(shù)據(jù)的范圍，并通過(guò)SPI配置進(jìn)入休眠模式，從而實(shí)現(xiàn)特定幀喚醒功能。如圖7， ECU-A向總線發(fā)送喚醒ECU-B 的特定報(bào)文，ECU-B接收到特定的報(bào)文后喚醒，其它ECU 保持睡眠。

六、SIT1145AQ低功耗管理與配置

① SIT1145AQ 低功耗特定幀喚醒硬件連接示意圖

圖8 SIT1145AQ 低功耗特定幀喚醒硬件連接示意圖

SIT1145AQ與MCU的SPI、TXD和RXD進(jìn)行連接，SIT1145AQ的VIO與MCU的VCC進(jìn)行連接，INH引腳用于控制3V/5V電源輸出使能。

當(dāng)控制SIT1145AQ進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)，INH引腳自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)，禁用5V/3V電源，實(shí)現(xiàn)整個(gè)節(jié)點(diǎn)的休眠。由于SIT1145AQ使用BAT引腳供電，因此SIT1145AQ 寄存器不會(huì)丟失，保持休眠狀態(tài)。

在休眠狀態(tài)下，SIT1145AQ同時(shí)監(jiān)控總線。當(dāng)總線出現(xiàn)符合喚醒條件的喚醒源時(shí)，SIT1145AQ INH引腳輸出BAT引腳電平，使能5V/3V電源，使MCU恢復(fù)供電。

② SIT1145AQ 低功耗特定幀喚醒軟件流程示意圖

圖9 SIT1145AQ 低功耗特定幀喚醒軟件流程示意圖

a. 上電初始化完成。

b. 檢測(cè)是否存在有效喚醒源，若無(wú)效則配置SIT1145AQ進(jìn)入睡眠模式。若有效，則配置SIT1145AQ進(jìn)入正常模式，系統(tǒng)正常工作。

c. 系統(tǒng)判斷是否需要休眠，若需要，則配置SIT1145AQ進(jìn)入休眠模式；否則，系統(tǒng)繼續(xù)工作。

d. SIT1145AQ進(jìn)入休眠模式后，通過(guò)INH引腳關(guān)閉3V/5V電源，實(shí)現(xiàn)ECU的休眠，此時(shí)ECU功耗極低。

e. 等待喚醒源。當(dāng)有喚醒源使能后，SIT1145AQ進(jìn)入待機(jī)模式。

③ SIT1145AQ 寄存器描述表

表1  SIT1145AQ寄存器描述

④ SIT1145AQ 寄存器功能說(shuō)明表

表2 寄存器功能說(shuō)明

七、SIT1145AQ應(yīng)用設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)

① SIT1145AQ 典型應(yīng)用電路圖

圖10 SIT1145AQ 典型應(yīng)用電路圖

SIT1145AQ PCB布局示例圖

圖11 SIT1145AQ 典型應(yīng)用電路圖

S1：將保護(hù)和濾波電路放置于盡可能靠近總線連接器 J1 的位置，以防瞬變脈沖群、ESD 和噪聲傳送至電路板。

S2：總線端接：本布局布線示例顯示的是分裂端接。其中端接分為 R4 和 R5 兩個(gè)電阻，端接的中心或分接抽頭通過(guò)電容 C6 接地。分端接為總線提供共模濾波。當(dāng)在電路板上而非直接在總線上進(jìn)行總線端接時(shí)，務(wù)必謹(jǐn)慎操作以確保端接節(jié)點(diǎn)不會(huì)從總線上移除，否則也會(huì)導(dǎo)致沒(méi)有端接。

S3：BAT引腳輸入電容先大后?。–5:10uF、C4：100nF），靠近引腳放置；VCC、VIO輸入電容（100nF）靠近引腳放置。

S4：BAT引腳電源輸入需要使用外部瞬態(tài)保護(hù)器件，以抑制應(yīng)用環(huán)境中可能出現(xiàn)的 EFT 和浪涌瞬變。如：大功率TVS（600W及以上）、大容量電解電容（47μF及以上）等

S5：推薦共模電感型號(hào)：ACT1210R-101-2P-TL00共模電感選取時(shí)留意其阻抗和額定電流值。

軟件注意事項(xiàng)：

特定喚醒幀只支持CAN幀 不支持CAN FD幀。

SIT1145AQ/FD版本中嵌入了CAN FD屏蔽功能。該功能稱為“FD-passive”，能在休眠/待機(jī)模式下等待有效喚醒幀時(shí)，忽略CAN FD幀。

如果關(guān)閉此功能CFDC=0，在休眠/待機(jī)模式下等待有效喚醒幀時(shí)，總線如果有CAN FD數(shù)據(jù)，SIT1145AQ會(huì)識(shí)別為錯(cuò)誤幀，錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器遞增。如果錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器溢出，收發(fā)器錯(cuò)誤喚醒。打開(kāi)此功能需要CFDC =1。而SIT1145AQ 版本沒(méi)有此功能。

當(dāng)應(yīng)用軟件將PNCOK設(shè)置為1時(shí)，認(rèn)為部分網(wǎng)絡(luò)配置正確。在對(duì)任何CAN部分網(wǎng)絡(luò)配置寄存器進(jìn)行寫(xiě)訪問(wèn)后，會(huì)將PNCOK清零。所以PNCOK在進(jìn)入休眠前的最后一步進(jìn)行配制。

八、SIT1145AQ 應(yīng)用案例

圖12 SIT1145AQ 典型應(yīng)用案例系統(tǒng)框圖

這是SIT1145AQ在擋風(fēng)玻璃雨刮器應(yīng)用，局部聯(lián)網(wǎng)功能可以通過(guò)僅啟用目標(biāo)電機(jī)的目標(biāo)喚醒對(duì)象來(lái)消除這種額外的喚醒周期。在此配置中，控制模塊通過(guò)特定幀喚醒功能僅喚醒雨刮器節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)保持待機(jī)狀態(tài)，因此可以提高效率并降低功耗?？紤]到一輛車可能有超過(guò)50個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)時(shí)，潛在的節(jié)能效果會(huì)非?？捎^。