单芯片超声波流量解决方案 广州周立功单片机 ELMOS E703.15

TJA1041 CAN高速收发器应用指南目录1介绍 (3)2高速CAN的一般应用 (3)3新特性 (6)3.1 低功耗管理 (6)3.2 总线故障诊断 (7)3.3 系统的自动防故障特性 (7)3.4 共模稳压 (7)3.5 I/O级和主控制器电源电压的匹配 (7)4工作模式 (7)4.1 正常模式 (8)4.2 Pwon/只听模式 (8)4.3 待机模式 (9)4.4 睡眠模式 (9)4.5 进入睡眠命令模式Go-to Sleep Command Mode (9)5TJA1041在应用中的使用 (10)5.1 应用举例 (10)5.2 如何使用引脚V I/O” (11)5.3 如何使用引脚INH” (12)5.4 如何使用引脚Wake” (12)5.4.1 R s和R eb的计算 (13)5.5 分裂终端和共模稳压 (13)5.5.1 分裂终端的概念 (13)5.5.2 传统收发器产品的共模稳压 (13)5.5.3 TJA1041的共模稳压 (14)5.5.4 短截线stub节点的分裂终端 (14)6诊断 (15)6.1 标志 (15)6.2 检测和发信总线故障 (16)6.2.1 哪些总线故障可被检测 (16)6.2.2 如何读总线故障标志 (18)6.3 检测和发信本地故障 (18)6.3.1 从本地故障恢复 (19)6.3.2 TxD显性箝位 (19)6.3.3 TxD/RxD短路 (19)6.3.4 引脚RXD隐性箝位 (20)6.3.5 总线显性箝位 (20)6.3.6 过热保护 (20)6.4 处理通讯故障的软件流程图 (20)6.5 Vcc/V I/O欠电压检测 (22)6.6 V BAT欠电压检测 (22)7TJA1041的低功耗管理 (22)7.1 ECU冷起动的软件流程图 (22)7.2 ECU热启动的软件流程图 (23)7.3 如何进入待机模式第一级低功耗 (24)7.4 如何进入睡眠模式第二级低功耗 (25)8和其他高速收发器的互操作性 (26)8.1 TJA1041和C520/251在待机模式结合使用 (26)8.2 TJA1041和不上电的TJA1050/C250/C251在点火后结合使用 (27)8.3 TJA1041和TJA1040在待机模式结合使用 (27)9参考文献 (27)10附录 (28)10.1 Vcc电源 (28)10.1.1 没有总线故障的Vcc平均电源电流 (28)10.1.2 存在总线故障时的Vcc平均电源电流 (28)10.1.3 计算电压调节器的旁路电容 (28)1介绍根据ISO 11898 [2]和SAE J2284 [3]Philips Semiconductors 的CAN 高速收发器TJA1041 [1]可以实现协议控制器和物理传输媒体之间的物理连接它主要在始终由电池供电的汽车电子控制应用中使用因此TJA1041提供了类似容错的CAN 收发器TJA1054 [4]的低功耗管理功能依照这些概念收发器自动地控制电子控制单元ECU 的一个或多个外部电压调节器例如在TJA1041的睡眠模式中电压调节器通常都被TJA1041关断禁能收发器和主控制器的Vcc电源TJA1041如图 1.1所示用SO14封装SO14封装的上面部分引脚和用SO8封装的PhilipsSemiconductors 的其他CAN 高速收发器例如PCA82C250 [5]PCA82C251 [6]TJA1050 [7] 和TJA1040[8] 的引脚一致兼容TXD G ND Vc c RXD V I/O E N INHS T B CANH CANL S P LIT V B ATWAK E E RR图1.1 TJA1041的引脚图2高速CAN 的一般应用高速CAN 的一般应用如图2.1所示这里的ECU 通过短截线stub连接到线形拓扑的总线根据ISO 11898 [2]额定的总线负载是60因此每条总线的末端都端接一个120的电阻图2.1也显示了分裂终端Split Termination 的概念它有助于改善CAN 高速总线系统[9]的EMC 性能它将前面的单个120端接电阻分裂成两个60的电阻中心抽头通过电容C spl 连接到地图2.1的结构图说明了ECU 的结构典型的ECU CAN 节点是由一个独立的收发器和一个集成了CAN 控制器的主控制器组成它们都由电压调节器供电虽然CAN 高速收发器使用+5V 的电源但越来越多新的微控制器产品使用更低的电源电压这种情况下微控制器就必需使用一个专用的电压调节器协议控制器通过串行数据输出线TxD和串行数据输入线RxD 连接到收发器收发器则通过两个有差动接收和发送能力的总线终端CANH 和CANL 连接到总线Cspl图2.1 高速CAN的应用协议控制器输出一个串行的发送数据流到收发器的TxD输入TJA1041的内部上拉功能将TxD输出置成逻辑高电平即总线输出驱动器在开路的情况下是不起作用的在隐性状态时见图2.2CANH 和CANL引脚被偏置到Vcc/2的电压级在TxD是逻辑低电平的情况下总线输出级被激活因此在总线上产生显性状态图2.2输出驱动器CANH提供了向Vcc的源级输出而CANL提供了向GND 的下拉输出这在图2.3TJA1041的结构图中说明如果没有总线节点发送一个显性位总线会一直处于隐性状态如果一个或多个总线节点发送一个显性位总线进入显性状态覆盖原来的隐性状态线与特性接收器将差动的总线信号转换成逻辑电平信号并在RxD输出那么串行接收数据流就被传送到总线协议控制器译码接收比较器是一直激活的即它在总线节点发送报文时监控总线这就要求支持CAN 的非破环性逐位仲裁方案图2.2 按照ISO11898的额定总线电平V V INHC A NH C A NLSPLIT R X DE R RWAK ESTBE NT XDGND图2.3 TJA1041的结构图3新特性由于汽车中的CAN网络越来越复杂现代的总线愈加要求系统功率消耗低系统可靠性高有优良的的EMC电磁兼容性性能和灵活的接口TJA1041的新特征反映了这些日益增加的要求见图3.1FlexibleInterfacingI/O Lev elAdaptation toµC图3.1 TJA1041的新特征3.1 低功耗管理现代的汽车内网络结构要求CAN高速总线甚至在汽车停车时也能使用由于连接的CAN节点越来越多而且停车时它们需要用电池供电所以静态的ECU电流消耗要尽可能低否则电池会在汽车停车后的短时间内放电完毕TJA1041的低功耗管理允许将整个节点的静态电流消耗减少到大约20µA典型值这样的电流消耗就足够低允许电池对节点持续地供电这样系统能对本地事件以及CAN报文作出反应唤醒整个总线系统TJA1041的工作模式正常Pwon/只听待机睡眠建立了三个不同级别的低功耗管理见表3.1在第0级总线系统是活动的TJA1041工作在正常或Pwon/只听模式收发器和主控制器由有效的Vcc 电源供电下一个低功耗级别是第1级此时TJA1041在待机模式中工作收发器和主控制器仍然由有效的Vcc 供电但收发器的电流消耗显著下降通常主控制器也处于掉电状态以减少电流由于微控制器仍然上电它可以监控自己输入引脚的本地唤醒事件第2级低功耗对应的是TJA1041的睡眠模式这个模式中向收发器和主控制器供电的电压调节器关断因此收发器和微控制器的Vcc电源不存在当主控制器完全不上电时TJA1041通过V BAT的电池供电保持有效可使用这个电源是用于确保TJA1041能被总线或本地唤醒事件唤醒第2级低功耗保证节点的电流消耗最低表3.1 不同低功耗级别的特性低功耗级别工作模式 Vcc电源 µC 节点功率消耗第0级总线活动正常Pwon/只听有效上电正常第1级待机有效上电低第2级睡眠关闭不上电非常低3.2 总线故障诊断物理的总线故障通常会导致总线通信中断高速CAN的物理层容许存在某些总线故障如果TJA1041没有诊断总线故障的功能应用的微控制器就没有机会意识到知道这些总线故障这些总线故障除了增加电流消耗外还使EMC性能变得很差所以要避免产生总线故障TJA1041能够检测出总线线路短路还包括上面所描述的那些故障TJA0141通过提供的总线故障标志向微控制器发信总线故障信息3.3 系统的自动防故障特性目的是建立一个自动防故障系统能够检测和处理严重影响总线操作的故障使总线系统的其他部分不受故障的影响有几种本地的总线故障情况像引脚短路都会导致总线通讯被严重扰乱或者甚至通讯中断如果使用TJA1041这些本地故障的影响都被限制在故障节点上不会降低其他节点间的总线通讯质量TJA1041通过提供的本地故障标志向微控制器发信本地故障信息3.4 共模稳压由于在隐性状态中总线相应地呈现高阻抗此时总线上很小的漏电流就会导致共模电压显著地下降当系统中存在不上电的ECU而其他ECU处于工作状态时漏电流就可能会产生TJA1041通过在引脚Split提供Vcc/2的额定电压源提供了一种共模稳压的方法见5.5.3节如果TJA1041没有这个特性总线在隐性状态时微弱的漏电流将导致共模电压有显著的下降在发送CAN报文的第一个显性位帧的起始位前共模电压将恢复到它的额定值此时电压将产生一个大的阶跃使辐射增大实际上即使总线上有不上电的ECU TJA1041的共模稳压功能仍能确保总线有优良的EMC性能3.5 I/O级和主控制器电源电压的匹配由于TJA1041支持ISO11898标准的物理层因此它需要+5V的电源电压作为参考电压另一方面现代的微控制器集成电路通常使用低于5V的电源电压大多数使用3.3V和更低的电源电压TJA1041提供了一个连续的阀值电平可以匹配最低2.5V[1]的微控制器电源电压因此主控制器的电源电压连接到收发器的引脚V为输入输出引脚提供参考电压它定义了TXD EN/STB的公制数字输入阀值和RXD/ERR的高电平输出电压由于TJA1041具有这些功能它可被接口到任何电源电压的典型值在2.5V和5V之间的微控制器4工作模式TJA1041提供了5种不同的工作模式由输入引脚/STB和EN控制在V BAT Vcc或V I/O任一条引脚出现欠电压的情况下/STB和EN的模式选择都被否决强迫收发器进入睡眠模式工作模式的状态图如图4.1所示对于不同的工作模式收发器的接收器和总线驱动器以及/ERR和RXD等输出引脚都呈现不同的性能每个工作模式的特征总结见表4.1此外这些模式都被编码成自动防故障确保控制引脚/STB和EN上可能出现的短脉冲低频干扰不会产生不需要的有害的影响11 E N&S TB-tateUVNOM= 1an under voltage is detec ted on VC Cor VI/OUVB AT= 1an under voltage is detec ted on VB AT-> a s ignal transition (e.g. -> 1 s ignifies a tr ansition from 0 to 1)= a steady signal level"1""High" level"0""Low" level图4.1 不同工作模式的状态图4.1 正常模式正常模式用于CAN通讯从TxD输入的数字位流被转换成相应的模拟总线信号同时收发器监控总线将模拟的总线信号转换成相应的数字位流并在RxD输出这种模式中外部电压调节器是激活的总线被偏置到Vcc/2发送器使能设置/STB=1和EN=1可以进入正常模式4.2 Pwon/只听模式Pwon/只听模式通常有两种不同的功能第一种功能就象名字所提示的一样实现只听的性能节点只允许从总线接收报文不允许发送报文到总线CAN控制器在TxD上的数字位流都被忽略这样可以防止节点影响总线第二种功能是Pwon/只听模式在引脚/ERR提供了微控制器可读的本地故障标志和PWON标志引脚/ERR的发信请参考6.1节设置/STB=1和EN=0就可以进入Pwon/只听模式4.3 待机模式待机模式可以达到第一级低功耗此时TJA1041的功率消耗比正常模式或Pwon/只听模式有明显的下降在待机模式中TJA1041不能发送和接收常规的CAN 报文但TJA1041仍监控总线上的CAN 报文当在总线上检测到大于t BUS [1]的显性相位表示总线要进行通信时内部的唤醒标志置位TJA1041也可以通过引脚Wake 接收到本地唤醒信号另外一个可能产生唤醒信号的操作是使模式转换到正常模式或Pwon/只听模式检测到远程或本地唤醒后内部唤醒标志被置位在待机模式中这个标志在引脚/ERR 和RXD 输出为了尽量减少电流消耗总线被端接到地而不是像正常模式或Pwon/只听模式一样偏置到Vcc/2设置/STB=0和EN=0就可以进入Pwon/只听模式4.4 睡眠模式睡眠模式可以达到第二级低功耗此时收发器的电流消耗和待机模式一样但收发器还能关断给收发器主控制器等供电的外部电压调节器供电到Vcc睡眠模式和待机模式唯一的差别是引脚INH的使用这个引脚提供了一个连接电池的开漏输出来控制一个或多个外部电压调节器在睡眠模式中引脚INH是悬空的典型地禁能收发器和微控制器的电压调节器而在所有其他模式中包括待机模式INH 呈现高电平基于VBAT当微控制器完全不上电的时候没有Vcc 电源TJA1041通过电池电源保持部分激活使收发器可以监控总线的CAN 报文实际上收发器是一个自动控制ECU Vcc 电源的器件由于在待机模式中可以通过4.3节提到的三种方法唤醒收发器和相关的节点− 通过CAN 总线远程唤醒 − 在引脚Wake用跳变沿进行本地唤醒−微控制器强迫将模式切换到正常模式或Pwon/只听模式唤醒后引脚INH 变成高电平再一次使能外部电压调节器并置位唤醒标志唤醒标志在引脚/ERR 和RXD 输出由于在待机模式中总线CANH 和CANL 都端接到GND 表4.1总结了TJA1041在不同工作模式中的特性根据图4.1的状态图使TJA1041进入睡眠模式的唯一方法是使用进入睡眠命令模式Go-to SleepCommand Mode /STB=0EN=1如果选中这个模式的时间比进入睡眠命令的最小持续时间th(min)[1]更长收发器自动进入睡眠模式并将引脚INH 切换成悬空的状态应当避免一部分总线节点处于正常或Pwon/只听模式而另一部分节点处于待机或睡眠模式的总线持续状态因为这些状态中有不同的总线偏置否则持续的横向电流将从一部分流向另一部分4.5 进入睡眠命令模式将进入睡眠命令模式Go-to Sleep Command Mode看成是一个命令比将它看成一个典型的工作模式更合适它主要是用于使TJA1041进入睡眠模式选中进入睡眠命令模式的时间必须比进入睡眠命令的最小持续时间t h(min)[1]的最大值要大才能确保可靠地进入睡眠模式在选择进入睡眠命令模式后发送器立即被禁能总线端接到GND 唤醒标志在引脚/ERR和RXD 发信设置/STB=0EN=1就选择了进入睡眠命令模式表4.1不同工作模式的特性 引脚/ERR引脚RXD 工作 模式/STB EN 低高低 高总线 偏置INH 引脚正常 1 1 置位总线故障标志注1 清除总线故障标志注1总线显性总线隐性 Vcc/2 V BAT检测到本地总线唤醒请求注2检测到远程总线唤醒请求注2置位PWON标志注3清除PWON标志注3Pwon/只听1 0置位本地故障标志注4清除本地故障标志注4总线显性总线隐性 Vcc/2V BAT进入睡眠命令0 1 V BAT待机 0 0 V BAT睡眠注60 X置位唤醒标志注5清除唤醒标志置位唤醒标志注5清除唤醒标志地悬空注1只有TJA1041进入正常模式后在TXD检测到4个显性到隐性的跳变沿后有效2只有TJA1041进入正常模式后在TXD检测到4个显性到隐性的跳变边沿前有效3只有存在Vcc和V I/O而且从睡眠待机或进入睡眠命令模式切换到Pwon/只听模式时有效4只有从正常模式切换到Pwon/只听模式才有效5只有存在Vcc和V I/O时有效6只有当选中进入睡眠命令模式的时间比进入睡眠命令的持续时间t h(min)长或者在V BAT Vcc或V I/O检测到欠电压收发器会进入睡眠模式5TJA1041的应用5.1 应用举例图5.1显示了如何将TJA0141集成到应用中这个应用例子假设使用3.3V电源供电的微控制器TJA1041收发器有一个专用的5V调压器微控制器有一个专用的3.3V调压器电压调节器的输出电压通常通过一个电容来稳压推荐使用的电容值由负载情况和电压调节器的性能决定见附录10.1电容C1和C2应当位于电压调节器的输出电容C3应连接得尽量接近收发器的Vcc和GND引脚它的功能是保护Vcc电源电压特别在负载在瞬间从隐性向显性快速转换的时候典型值大约是100nF TJA1041的应用的特性是电压调节器由收发器的INH引脚控制在睡眠模式中TJA1041典型地禁能电压调节器CA Nx.y图5.1 3.3V 微控制器的典型应用TJA1041除了连接Vcc 电源外还直接连接电池电源确保在睡眠模式中关断Vcc 电源后TJA1041仍然有本地和远程唤醒能力TJA1041通过5条信号线连接到主控制器微控制器通过信号/STB 和EN 控制TJA1041的工作模式见第4章这两个引脚都提供内部的下拉电流如果这些引脚没有连接收发器会进入待机模式TJA1041的输出引脚/ERR 向微控制器提供例如唤醒标志本地故障标志或PWON 标志等状态信息TxD 和RxD 分别代表发送和接收位流为了改善系统的EMC 性能微控制器和TJA1041之间的接口线可以选择串连大约1k 的电阻注意这些串连电阻会轻微地增加传播延迟TJA1041相关的总线引脚是两个总线终端CANH 和CANL 以及引脚Split 引脚Split 可被连接到分裂终端的中心抽头为共模电压提供直流稳定性或者直接让引脚开路在图5.1的应用例子中引脚Wake 是由一个低端开关控制这个开关默认是打开的在某段时间内关闭这个开关会导致在引脚Wake 上产生一个负脉冲如果脉冲的持续时间比t WAKE [1]长TJA1041认为是一个本地唤醒事件并开始唤醒将INH 切换到高电平由于引脚Wake有灵活的内部偏置概念因此它也可以使用高端开关见5.45.2 如何使用引脚V I/O引脚V I/O连接到µC 的电源电压为数字输入引脚的输入阀值和数字输出的高电平提供正确的电压参考TJA1041不象市场上的其他产品它提供了从2.5V 到5V 的连续电平匹配变化电平匹配应用到微控制器和收发器之间所有的接口引脚上即TxD EN /STB 输入引脚和RxD /ERR 输出引脚在正常模式中电池电源流出一个可以忽略不计的微弱电流I I/O [1]在睡眠模式中没有电流流过这个引脚如果引脚V I/O断开连接收发器将检测到V I/O有欠电压的情况此时收发器进入睡眠模式提供定义的自动防故障低功耗系统性能5.3如何使用引脚INH引脚INH 的目的是控制ECU 中的一个或多个电压调节器图5.1是通过收发器的INH 输出控制两个电压调节器的例子收发器使用5V 的调压器而微控制器使用3.3V的调压器引脚INH提供了连接电池的开漏输出在睡眠模式中它是悬空的由于共模电压调节器有典型的下拉特性导致在电压调节器的抑制输入产生低电平信号禁能电压调节器的输出在所有其他工作模式中引脚INH 被拉到电池电压使能外部电压调节器5.4 如何使用引脚Wake引脚Wake 用于向收发器发信本地唤醒信号它和容错的CAN 收发器TJA1054[5]很相似引脚Wake 上足够长度的信号变化会产生本地唤醒TJA1054有向电池电压的内部上拉允许使用低端开关而TJA0141的Wake 引脚有可变的偏置由于有外部偏置内部偏置从GND 切换到电池电压或相反图5.2显示了TJA1041的偏置概念以及不同的外部开关电路图5.2 引脚Wake的开关电路如果引脚Wake 的电压比唤醒阀值电压V th(WAKE)[1]高并持续超过t WAKE [1]的最大值而且引脚之前是低电平则内部偏置电流源将可靠地切换到电池电平同样地如果电压低于这个值并持续超过t WKAE 的最大值而且之前引脚是高电平则内部偏置电流源将可靠地切换到GND 实际上内部偏置会自动适应外部偏置的条件这个概念允许使用低端开关以及高端开关或者基于V BAT 的推挽级在没有唤醒事件时不会产生不期望的偏置电流使用低端开关时电阻R eb 和内部电流源都提供向V BAT 的上拉为了启动本地唤醒外部开关闭合在引脚Wake上产生一个负脉冲如果负脉冲的长度比t WAKE [1]的最大值大它将会终止内部定时器并发出可靠的唤醒信号在终止定时器的同时偏置切换到GND 释放低端开关后外部上拉电阻将内部偏置切换回VBAT电阻R eb 决定了外部开关闭合时流过的电流而且需要保证开关正确接触5.4.1 R s 和R eb 的计算串联电阻R s 用于在ECU 丢失了地而唤醒开关仍连接在正确的GND 的情况下保护收发器串联电阻要求的最小值由预计的最大电池电压V BAT.max 和引脚Wake 允许的最大电流15mA 决定这个电阻要确保电流永远不会超过这个级别串联电阻R s 要求的最小值可以用下面的式子计算max.Wake max.BAT min .S I V R =假设V BAT 不超过40V DC 串联电阻的是应当是2.7k电阻R eb 的作用是在使用外部开关后将偏置带回默认的状态这就规定了这个电阻值的上限例如使用低端开关时电阻R eb 和串联电阻R s 必须将引脚Wake 的电平拉得高于引脚Wake 的开关阀值决定R eb 上限的方程是max ).Wake (th BAT max .Pull s eb V V I )R R (−<⋅+ 用最大的下拉上拉电流10µA 以及V th(WAKE)的最大阀值可以算出R eb 的上限是大约180k5.5 分裂终端和共模稳压 5.5.1 分裂终端的概念TJA1041的总线驱动器向CANH 和CANL 提供了优良的信号对称性使电磁辐射非常低测量显示使用改良的总线终端概念――分裂终端split termination 可以获得更小的辐射没有共模扼流的分裂终端使特别是AM 频段的辐射达到最小除此之外这个概念还能使总线系统的电磁抗干扰性更强分裂终端的概念请看图 5.3两个终端电阻被分别分裂成两个等值的电阻即用两个60的电阻代替一个120的电阻这个方法的特殊功能是可以从终端的中心抽头取得共模信号这个共模信号通过电容C spl例如4.7nF端接到地由于TJA1041本身能达到很高的对称级别所以两条总线的对称问题变得更重要了因此为了使TJA1041有优良的辐射性能要考虑每个总线末端的两个端电阻的匹配容差C C spl图5.3 分裂终端的概念5.5.2 传统收发器产品的共模稳压 在前面的3.4节已经提到由于网络中存在不上电的ECU 而产生稳定的漏电流共模电压必须进行DC 稳压由于从分裂终端的中心抽头可以取得共模电压DC 共模稳压就可以通过一个分压器来实现典型的收发器产品要求如图5.4左边所示的外部分压器来实现共模稳压分裂终端的中心抽头简单地连接到分压器的输出如果分压器的阻抗低即分压器电流高稳定性就更好分压器的5V 电源通常连接到收发器的Vcc 电源在ECU 不上电的时候分压器禁能否则从不上电分压器流出的相当大的漏电流会使隐性总线状态时的共模电压变得更差要禁能分压器要求至少附加两个开关晶体管Common Mode Stabilization with a conventionalTransceiverCommon Mode Stabilization with the TJA1041图5.4 DC共模稳压5.5.3 TJA1041的共模稳压从图5.4可以看出传统收发器产品的共模稳压要求添加硬件即至少两个电阻和两个开关晶体管相反TJA1041的共模稳压不需要添加硬件因此节省了系统成本TJA1041有集成的分压器特性引脚Split是内部分压器的输出要进行共模稳压引脚Split 只要简单地连接到分裂终端的中心抽头就可以了见图5.4引脚Split的输出电压有大约2k的内部阻抗在Split输出和中心抽头之间可选择串联一个电阻调节输出阻抗稳定强度内部分压器只在正常模式开启在所有其他模式中引脚Split在宽广的共模范围中是悬空的引脚Split像总线终端引脚CANH和CANL一样可以承受-27V~+40V的DC电压我们推荐使用分裂输出的功能特别是系统存在不上电节点而其他的节点需要工作时可以我们也不强制您使用引脚Split的功能如果不使用引脚Split只要简单地让它开路就可以了5.5.4 短截线节点的分裂终端ISO 11898标准建议端接总线末端的节点以抑制反射短截线stub节点一般没有额外的终端但是我们发现正在发送的短截线节点如果也端接了分裂终端它的辐射会大大降低终端必须是高阻抗否则会大大影响总线负载图5.5显示了相应的范例配置这里的短截线节点都安装了分裂终端然而为了要保持总线负载在ISO 11898规定的范围内匹配电阻R r.Stub的阻值必须很高典型值大约是1.5k注意所选择的短截线节点的电阻值必须使总线负载在5060这个指定的范围内[2]C ANL图5.5 有分裂终端的总线配置6诊断6.1 标志TJA1041向诊断功能提供了5个不同的标志微控制器可以通过引脚/ERR 读出这些标志的状态引脚/ERR 当前显示的标志由当前的工作模式以及历史记录决定引脚/ERR 的标志发信请看图6.1的显示•唤醒标志在待机模式和进入睡眠命令模式中引脚/ERR发信的是唤醒标志低电平表示向微控制器发出唤醒请求无论何时进入正常模式这个标志都被清除复位只要唤醒标志置位进入睡眠模式命令就会被忽略因此不可能切换到睡眠模式唤醒标志也显示在引脚RXD• PWON 标志从待机模式睡眠模式或进入睡眠命令模式进入Pwon/只听模式后引脚/ERR 表示的是PWON标志当有电池欠电压的情况时PWON 标志被置为低电平因此当电池首次连接到引脚V BAT或者电池电源有暂时的中断这个标志都会被置位一旦进入正常模式PWON 标志就被复位清除设置了PWON 标志后不可能进入睡眠模式• 唤醒源标志进入正常模式后引脚/ERR 首先反映的是唤醒源标志低电平表示是通过引脚Wake 本地唤醒而高电平则表示通过总线唤醒当节点在正常模式中发送了至少4个显性位后唤醒源标志将被总线故障标志覆盖由于应用控制自己的传输它可以在任意时间读这个唤醒源标志无论何时退出正常模式唤醒源标志都被清除并置为默认状态的高电平• 总线故障标志收发器在正常模式发送了至少4个显性位后唤醒源标志会被总线故障标志覆盖低电平表示总线出现短路的情况可被检测到的总线线路故障将在6.2节详细解释无论何时退出正常模式总线故障标志都被复位成默认的高电平如果在离开正常模式和重新进入正常模式的期间没有唤醒信号则引脚/ERR 进入默认的高电平状态要发信总线故障标志要求再次发送至少4个显性位检测到总线故障并不会改变收发器的工作但它不支持CAN 低速收发器TJA1054提供的容错功能• 本地故障标志从正常模式进入Pwon/只听模式引脚/ERR 发信本地故障标志低电平表示以下的本地节点故障−TxD 显性箝位。

地址：广州市天河北路689号光大银行大厦12楼F4 网址：第18章 模数转换器用户手册R e v 1.02L P C 1300系列微控制器销售与服务网络广州周立功单片机发展有限公司地址：广州市天河北路689号光大银行大厦12楼F4 邮编：510630 电话：(020)38730972 38730976 38730916 38730917 38730977 传真：(020)38730925网址：广州专卖店地址：广州市天河区新赛格电子城203-204室电话：(020)87578634 87569917传真：(020)87578842南京周立功地址：南京市珠江路280号珠江大厦2006室电话：(025)83613221 83613271 83603500 传真：(025)83613271北京周立功地址：北京市海淀区知春路113号银网中心A座1207-1208室（中发电子市场斜对面）电话：(010)62536178 62536179 82628073传真：(010)82614433 重庆周立功地址：重庆市石桥铺科园一路二号大西洋国际大厦（赛格电子市场）1611室电话：(023)68796438 68796439传真：(023)68796439杭州周立功地址：杭州市天目山路217号江南电子大厦502室电话：(0571)89719480 89719481 8971948289719483 89719448 89719485传真：(0571)89719494 成都周立功地址：成都市一环路南二段1号数码同人港401室（磨子桥立交西北角）电话：(028)85439836 85437446传真：(028) 85437896深圳周立功地址：深圳市深南中路 2070号电子科技大厦C座4楼D室电话：(0755)83781788（5线）传真：(0755)83793285 武汉周立功地址：武汉市洪山区广埠屯珞瑜路158号12128室（华中电脑数码市场）电话：(027)87168497 87168297 87168397传真：(027)87163755上海周立功地址：上海市北京东路668号科技京城东座7E室电话：(021)53083452 53083453 53083496传真：(021)53083491西安办事处地址：西安市长安北路54号太平洋大厦1201室电话：(029)87881296 83063000 87881295传真：(029)87880865目录第18章模数转换器（ADC） (1)18.1 本章导读 (1)18.2 基本配置 (1)18.3 特性 (1)18.4 管脚描述 (1)18.5 时钟和功率控制 (1)18.6 寄存器描述 (2)18.6.1 A/D控制寄存器 (2)18.6.2 A/D全局数据寄存器 (4)18.6.3 A/D状态寄存器 (5)18.6.4 A/D中断使能寄存器 (5)18.6.5 A/D数据寄存器 (5)18.7 操作 (6)18.7.1 硬件触发转换 (6)18.7.2 中断 (6)第18章 模数转换器（ADC ）18.1 本章导读所有LPC1300系列Cortex-M3微控制器的ADC 模块都相同。

基于ADC的超声波流量测量技术德州仪器(TI) MSP430FR604x 和MSP430FR603x 系列超声波感应和测量SoC 是针对水表和热量计进行了优化的强大且高度集成的微控制器(MCU)。

MSP430FR604x MCU 具有集成的超声波感应解决方案(USS) 模块，该模块可在多种流速条件下提供高精度。

USS 模块高度集成，需要的外部组件极少，因而有助于实现超低功耗计量并降低系统成本。

MSP430FR604x 和MSP430FR603x MCU 采用集成式低功耗加速器(LEA)，可实现基于高速ADC 的信号采集以及后续优化数字信号处理，为电池供电型计量应用提供了一款理想的超低功耗、高精度计量解决方案。

USS 模块包括可编程脉冲发生器(PPG) 和具有低阻抗输出驱动器的物理接口(PHY)，以实现最佳传感器激励和准确的阻抗匹配，从而在零流量漂移(ZFD) 方面达到最佳效果。

该模块还包含可编程增益放大器(PGA) 和高速12 位8Msps Σ-ΔADC (SDHS)，便于通过行业标准超声波传感器实现精确的信号采集。

此外，MSP430FR604x 和MSP430FR603x MCU 还集成了其他外设，可提高系统在计量方面的集成度。

这些器件还具有计量测试接口(MTIF) 模块，能够通过脉冲生成来指示仪表测量的流量。

MSP430FR604x 和MSP430FR603x MCU 还具有片上8 通道多路复用器LCD 驱动器、RTC、12 位SAR ADC、模拟比较器、高级加密加速器(AES256) 和循环冗余校验(CRC) 模块。

MSP430FR604x 和MSP430FR603x MCU 由一款广泛的硬件和软件生态系统提供支持，随附参考设计和代码示例，以便用户快速开展设计。

开发套件包括 MSP-TS430PZ100E 100 引脚目标开发板和 EVM430-FR6047 超声波水流量计EVM。

TI 还提供免费软件，包括超声波感应设计中心、超声波感应软件库和 MSP430Ware 软件。

周立功单片机的技术测试报告一、测试背景本次测试旨在对周立功单片机进行技术性能测试，检查其系统稳定性、响应速度和功能实现情况。

二、测试环境1. 周立功单片机（型号：XXX）2. 开发板3. LED灯、蜂鸣器等外围设备4. 电脑三、测试内容1. 系统加载速度2. 响应速度3. 外围设备接口功能测试4. 集成开发环境软件测试5. 系统稳定性测试四、测试过程及结果1. 系统加载速度：通过启动单片机系统，检测系统初始化加载时间为X秒，满足使用需求。

2. 响应速度：通过给单片机发送指令，检测系统响应时间为X毫秒，符合使用要求。

3. 外围设备接口功能测试：成功接入LED灯、蜂鸣器等外围设备并进行控制，功能正常，无异常。

4. 集成开发环境软件测试：开发环境软件运行稳定，与单片机通信无问题。

5. 系统稳定性测试：连续工作X小时，系统稳定性良好，无死机或卡顿情况。

五、测试结论综合以上测试结果，周立功单片机在系统稳定性、响应速度和功能实现等方面表现良好，符合设计要求，可以满足相应的应用需求。

六、存在问题及建议在测试过程中未发现明显的问题，建议对单片机系统进行长时间稳定性测试，以验证系统在长期工作下的稳定性。

七、后续计划1. 进一步完善单片机的外围设备功能测试，确保其稳定性和可靠性。

2. 测试不同场景下的响应速度，优化系统性能。

3. 完善单片机的应用示例和技术文档，方便用户使用和开发。

以上是本次周立功单片机技术测试的报告内容，如有疑问和建议，欢迎提出。

八、性能优化建议在测试过程中，虽然周立功单片机在系统稳定性和响应速度方面表现良好，但仍然存在一些性能优化的空间。

针对这些问题，我们提出了以下一些性能优化建议：1. 节约系统资源：对于一些不必要的系统资源占用，可以进行优化，从而提升系统的响应速度和稳定性。

2. 优化算法：针对特定的应用场景，可以对系统中的算法进行优化，从而提高系统的计算效率和响应速度。

3. 系统架构优化：通过对系统架构进行优化，可以提高系统的整体性能，如提升并发处理能力和降低系统负载。

设计MF RC500的匹配电路和天线的应用指南目录1介绍 (3)2系统的基本原理 (3)2.1 结构示意图 (3)2.2 系统配置 (3)2.3 MIFARE® RF接口 (4)2.3.1 能量传输 (4)2.3.2 RWD->卡的数据传输 (5)2.3.3 卡->RWD的数据传输 (6)3MF RC500匹配电路和天线的设计 (8)3.1 基本设计规则 (8)3.2 估算最合适的天线大小 (9)3.3 直接匹配的天线 (10)3.3.1 EMC电路 (10)3.3.2 接收电路 (10)3.3.3 直接匹配天线的天线匹配电路 (11)3.4 50匹配的天线 (14)3.4.1 EMC电路 (14)3.4.3 50的长距离解决方案 (15)3.4.4 50的短距离解决方案 (16)3.4.5 50天线的天线匹配电路 (16)4环境的影响 (19)4.1 金属的天线环境 (19)4.2 多个天线 (19)4.3 温度 (19)5天线的屏蔽和补偿 (19)5.1.1 电子屏蔽 (19)5.1.2 补偿 (21)5.1.3 铁屏蔽 (21)6MF RC500天线设计的举例 (23)6.1 总体布线提示 (23)6.1.1 EMC滤波器和接收电路 (23)6.2 天线和匹配电路的布线 (24)6.3 直接匹配天线的例子 (24)6.3.1 屏蔽和补偿的矩形天线 (24)6.3.2 矩形天线 (25)6.3.3 屏蔽的矩形天线 (26)6.4 50匹配天线的举例 (27)6.4.1 补偿的矩形天线 (27)6.4.2 补偿的环形天线 (28)6.4.3 屏蔽的环形天线 (29)7天线的调谐 (30)7.1 最优工作距离的调谐方法 (30)7.1.1 直接匹配天线的调谐 (30)7.1.2 50匹配天线的调谐 (31)7.2 检查Q因子 (36)8参考文献 (38)9附录A (38)9.1 缩写 (38)9.2 天线线圈电感的计算 (38)9.3 线圈电阻的估算 (39)1介绍本应用指南的意图是支持MF RC500 MIFARE®读卡器内部与RF相关的设计它的目的是提供设计应用指定的天线和匹配电路所使用的MIFARE®RF接口ISO14443A的一些必要的理解使读卡器与无线的MIFARE®卡有最好的通讯性能本文档将介绍系统RF部分的背景以及概述如何为标准应用设计和调整天线的过程这里详细解释并列举了两种不同的天线和匹配电路的概念和设计而且有完整的调谐过程有兴趣的读者可以从附录找到RF接口的详细理论描述2系统的基本原理2.1 结构示意图MF RC500是基于13.56MHz无线通讯的一个新系列高度集成读卡器IC的成员MF RC500支持IS14443的所有层图2.1是MF RC500简化的结构示意图图2.1 简化的MF RC500结构示意图MF RC500具有以下的功能• µC的并行接口自动检测连接的8位并行接口• 数据处理部分将并行的数据转换成串行支持检查产生的帧产生并检查CRC/奇偶校验以及位编码和处理它支持ISO14443-A的所有层使MF RC500在完全透明的模式下工作• 器件的状态和控制部分允许对环境影响进行配置使每个应用获得最好的性能• Crypto1的流密码单元支持与MIFARE® CLASSIC产品通讯• 一个安全稳定的密钥存储器用于存储Crypto1密钥组• 模拟部分有两个内部的桥驱动输出使操作距离可达100mm取决于天线线圈和环境的影响而且内部接收部分允许接收和译码没经过外部滤波的数据2.2 系统配置MIFARE®读卡器的系统配置基于图2.2所显示的MF RC500用户可以选择两个不同的概念将天线连接到读卡器IC这两种方法是• 50匹配的天线或者• 使用直接匹配的天线配置这两种概念的系统元件大体上很相似都需要3个部分− 一个接收电路接收卡发送的数据− 一个滤波和电阻impedance转换电路抑制高次谐波并优化到读卡器天线的功率传输powertransmission− 设计天线线圈的匹配电路和天线线圈使它们获得最优的性能天线和读卡器用电缆或直接连接也要有最好的性能图2.2 系统配置这两个概念能满足不同的要求使性能最优这些部件的设计是下一章的主题2.3 MIFARE® RF接口MIFARE® Technology在读卡器和无线卡之间用ISO 14443类型A的RF接口通讯表1是MIFARE® RF接口的简短概述基本上MIFARE® RF接口遵从变压器原理MIFARE®卡是无源的卡上没有电池因此读卡器模块和卡之间的通讯要求有能量的传输而且可以双向发送数据表1 MIFARE® RF接口的概述能量传输变压器原理MIFARE®卡是无源的工作频率 13.56MHz通讯结构半双工读卡器首先发信号talk数据速率 105.9kHz数据传输双向RWD->卡 100%ASK幅变调制Miller编码卡->RWD 副载负载波调制subcarrier load modulation副载波频率847.5kHz曼彻斯特编码下面的内容是MIFARE® RF接口的基本知识首先将讲述基本的能量传输最后是数据传输和两个方向使用的数据编码2.3.1 能量传输读卡器天线和无源MIFARE®卡之间的能量传输使用变压器原理它要求读卡器要有天线线圈MIFARE®卡也有线圈图2.3是基本的原理和等效的电路图图的左边是天线和能量传输的原理图2.3 变压器模型RWD天线线圈的电流I产生一个磁通量磁通量的部分穿过卡的线圈在卡的线圈感应出一个电压电压被整流当工作电压到达后卡的IC被激活感应电压会随着读卡器天线和MIFARE®卡的距离不同而变化由于电压会变化工作距离受到传输的功率限制上图的右半部分是变压器模式的等效电路详细的能量传输将在本文档的附录A详细解释2.3.2 RWD->卡的数据传输MIFARE®用半双工的通讯形式在读卡器和卡之间传输数据读卡器首先发出信号说话启动通讯从读卡器到卡的数据传输根据ISO 14443类型A采用100%的ASK幅变调制 pulse-pause modulation图2.4是典型的信号波形图2.4 RWD->卡的数据传输典型的信号波形由于天线有品质因子Q使发送的信号波形发生变形如图2.5这个波形可以用于测量天线的调谐tuning计算天线品质因子Q的理论背景和计算匹配电路部件的过程将在第三章详细解释前面已经提到MIFARE®卡是无源的能量传输到卡后卡才能和读卡器通讯因此MIFARE®用优化的编码提供与发送到卡的数据独立的恒定能量这就是改良的Miller编码它用于读卡器向卡发送数据图2.6详细介绍了Miller编码图2.6 RWD->卡的数据传输Miller编码MIFARE®的数据速率是105.9kHz所以一个位帧bit frame的长度是9.44µs Miller编码的脉冲长度是3µs编码逻辑0有两个可能性由前面一位决定如果前面一位是0接着的0用在后一个位帧的开始有3µs的脉冲表示如果前面一位是1接着的0用下一个位帧没有脉冲来表示2.3.3 卡->RWD的数据传输2.3.3.1 副载波负载调制的原理卡发送回RWD的数据传输使用副载波负载调制subcarrier load modulation的原理见图2.7此时卡作为谐振电路消耗读卡器产生的能量这个能量消耗有重新激活的效应使RWD端出现电压降这个效应通过改变卡的IC的负载或电阻将数据从卡发送回读卡器图2.7 副载波负载调制subcarrier load modulation的原理MIFARE®读卡器的天线应调谐到振荡频率f R=13.56MHz实际上振荡器电路在读卡器天线产生的电压多次比电源电压高但由于RWD和卡的天线之间有小的耦合因子卡的响应比读卡器产生的电压弱了大约60dB检测这个信号要求一个设计良好的接收电路MIFARE®用副载波频率f SUB来调制数据而不是用直接的负载调制副载波调制的结果是在载波频率13.56MHz的周围产生f的边频带副载波负载调制可以简单并健壮地测试接收信号MIFARE® RF接口在副载波调制之前对基频的数据使用曼彻斯特编码图2.8是典型的数据编码和副载波负载调制的时域图首先数据被内部编码成曼彻斯特码MIFARE®通讯的数据速率无论从卡到读卡器还是读卡器到卡都是105.9kHz所以位帧的长度是9.44µs曼彻斯特码用上升和下降沿来编码数据逻辑1用位帧中间的下降沿表示逻辑0用位帧中间的上升沿表示MIFARE®卡的集成电路产生的副载波频率f SUB = f R/16 = 847.5kHz时间T0表示工作频率的脉冲宽度T0 = 1/f R = 74ns曼彻斯特编码的数据调制到副载波频率最后副载波负载调制完成图2.8 卡->RWD的数据编码原理时域结果副载波负载调试在频域产生两个边频带高频的是在14.41MHz低频的是在12.71MHz信号的频域图请参考图2.9图2.9一方面显示了数据编码的边频带另一方面显示了载波频率到工作频率的边频带图2.9 卡->RWD的数据编码频域3MF RC500匹配电路和天线的设计3.1 基本设计规则MF RC500是一个单独的读卡器集成电路它要求在没有外部放大器的情况下工作距离达到100mm剩下的无源RF部分的设计很简单明了首先要确定哪个可行的基本概念最能符合应用的要求图3.1的设计帮助会对这个决定作出支持两个不同的概念可以设计一个天线和一个匹配电路• 直接匹配的天线用读卡器和天线的最小距离可以建立一个小型的完整终端可行的应用是一个小型建筑物的访问控制读卡器或者是手持的读卡器• 500匹配的天线可以作为读卡器和天线之间用长距离同轴电缆连接的应用的一个简单的解决方案连接读卡器匹配电路和天线的同轴电缆最长距离可达10m图3.1 设计帮助注意这个设计帮助是第一步要获得期望的工作距离天线的设计和环境的影响等因素都要考虑到表2比较了上不同的概念并详细地显示了它们分别需要的元件但主要讨论50匹配或直接匹配的天线概念对于50匹配的概念提供了一个工作距离高达100mm 的高端解决方案和一个工作距离低于50mm的低成本解决方案表2 天线概念的比较50匹配直接匹配概念长距离 短距离MF RC500EMC 电路 电路和值都相同 接收电路 电路和值都相同读卡器阻抗变换用TX1和TX2只用TX1 ---电缆50同轴电缆短线或直接连接天线匹配电路电路相同但天线的大小不同值也不同电路相同但天线的大小不同值也不同天线线圈工作距离由天线的大小和环境的影响决定工作距离由天线的大小和环境的影响决定天线天线的屏蔽由应用决定例如外壳和环境的影响建议使用上面显示的概念下一部分按照电路要求的设计根据天线的形状估算可以获得的工作距离3.2 估算最合适的天线大小MIFARE®系统的工作距离由下面几个因素决定• 读卡器的天线大小 • 给定天线的匹配电路品质 •环境的影响下一个设计步骤是由天线的大小估计工作距离完整的计算可以在附录A 中找到MIFARE®卡由读卡器产生的磁通供电卡集成电路可以获得的能量随读卡器天线和卡之间的距离不同而变化在2.3节已经提到MIFARE®系统使用变压器原理描述变压器的一个重要的参数是耦合系数k 它可被定义为与读卡器线圈和卡线圈之间的距离以及与读卡器天线和卡线圈的大小有关的一个几何参数假设标准应用中MIFARE®卡有卡芯片的尺寸卡的线圈的尺寸是固定的附录A 显示了当读卡器天线和卡线圈的固定距离等于读卡器天线的半径时获得的最大耦合系数k 计算使用的是环形的天线如果实际使用的是矩形或方形的天线可以用有相等面积的环形天线来估算 这个结果可以作为对给定应用设计最适合的天线的经验方法特别注意 • 估计读卡器的天线半径应当等于可获得的工作距离只是成功设计天线的第一步对于一个完整的设计环境的影响以及由于应用相关的约束对天线大小的限制也要考虑到• 估算的结果显示增加天线的半径不会自动增加工作距离从读卡器到卡的能量传输是一个限制因素它可以用最小的耦合系数0.3表示• 耦合系数的计算公式与读卡器天线的所绕的圈数无关图3.2给出了不同天线大小的R/W 大约距离数据显示当天线的直径大约是20cm 即R=10cm 时可以获得最好的R/W 距离更大的天线不能使工作距离更大图3.2 天线半径与工作距离之比3.3 直接匹配的天线表2的其中一个提议是使用直接匹配的天线推荐电路的工作距离可达100mm工作距离主要由天线的大小以及天线匹配电路的修正值决定需要的部件有EMC滤波器接收电路和天线本身的匹配等这些部件以及它们对MIFARE®系统正确工作的必要性将在后面解释图3.3是推荐使用的直接匹配天线电路3.3.1 EMC电路MIFARE®系统的工作频率是13.56MHz这个频率要用一个石英振荡器发生但它同时也产生高次谐波为了符合国际EMC规定13.56MHz中的三次五次和高次谐波要被良好地抑制除了多层设计外我们强烈建议使用如图3.3所示的低通滤波器低通滤波器由元件L0和C0组成它们的值请看表33.3.2 接收电路MF RC500的内部接收部分使用了一个新的接收概念它使用卡响应的副载波负载调制所产生的两个边频带我们建议使用内部产生的V MID电势作为Rx管脚的输入电势为了减少干扰在V MID管脚连接一个电容到地读卡器的接收部分需要在Rx和V MID引脚之间连接一个分压器另外建议在天线线圈和反压器之间串连一个电容图3.3就是推荐使用的接收电路它由R1R2C3和C4组成它们的值见表3滤波和接收部分的元件L0C0R1R2C3和C4的值是固定的元件值注释L 0 2.2µH10% 屏蔽的磁场例如TDK ACL3225S-TC 0 47pF2% Np0材料8205%RR2.7k5%C 3 15pF2% NP0材料C 4 100nF2% NP0材料注意要获得最好的功能所使用的电容和电感至少要具备推荐的这些元件的性能和容差3.3.3 直接匹配天线的天线匹配电路我们建议逐步地设计直接匹配的天线首先要设计天线线圈天线本身是一个低电阻的器件将天线线圈连接到MF RC500需要一个匹配电路估算天线的等效电路和计算品质因子可以得出匹配电路的电容推荐值3.3.3.1 确定天线的等效电路读卡器的天线线圈可以用图3.4左边的等效电路表示建议设计的直接匹配天线的天线线圈应当有一个接地的中心抽头这个中心抽头是用于改善天线线圈的EMC性能线圈本身可以用电感L a和L b表示电阻R a和R b表示电阻损耗并联的C a和C b表示电容损耗由于L a和L b之间有耦合作用所以我们不推荐计算这个等效电路的元件来表示所有电阻损耗可以用Rant来表示线圈电容Cant表示线圈和连接器之间的电容损耗图3.4 直接匹配天线的天线线圈匹配电路我们建议用阻抗分析仪测量天线的等效电路连接天线线圈当使用屏蔽天线时要将屏蔽连接到地并测量显示的等效电路在计算品质因子和天线的调谐时线圈的电容Cant 可以忽略注意如果没有阻抗分析仪将计算的电感和电容值作为起始值估算这些值的公式请查看附录A MIFARE®的工作频率是13.56MHz 这个频率下电阻的集肤效应skin effect损耗不能忽略这就是线圈不能只使用DC 阻抗的原因请用附录A 的估算找到电阻Rant 的起始值我们建议以后用测量品质因子的方法来检查整个设计如果有必要起始值要被改变整个调谐过程也要重新再做一次3.3.3.2 品质因子接下来的部分中假设天线电感L ANT 和电阻R ANT 的值已知我们建议用阻抗分析仪测量L ANT 和R ANT如果是用公式估算出的值要记住它们只是起始值在确认Q 因子后可能需要改变天线的品质因子是纠正天线调谐和所获得的性能的一个重要特性天线的品质因子由下面的公式定义 ANTANTR R L Q ⋅=ω其中R R f 2πω=根据天线的几何形状Q 的值通常在50100之间要进行正确的数据传输这个值还要减少在2.3.2章提到MIFARE®的波特率是105.9kHz/sec数据从RWD 传输到卡使用脉宽T=3µs 的Miller 编码用带宽B 的定义Qf B R=以及时间与带宽的乘积的规定1T B ≥⋅可以算出要求的Q 因子是68.40s 3MHz 56.13T f Q R ≤⋅≤⋅≤μ由于元件的容差和对温度的依靠我们建议Q 因子的值取35要降低原始的Q 因子要求如图3.5所示增加一个外部电阻R EXT R EXT 的值用下面的公式算出ANT ANT R ANT ANT R EXT R 35LR Q L R −⋅=−⋅=ωω 在前面已经提到我们推荐在设计直接匹配天线的天线线圈时使用中心抽头这样外部电阻就被分成两个相等的部分减少天线品质因子的完整电路请看图3.5图3.5 用外部电阻减少天线的品质因子3.3.3.3 直接匹配天线的阻抗匹配在设计直接匹配天线的匹配电路时我们建议使用图3.6的电路电容Cs和Cp的值由天线本身和环境影响来决定图3.6 完整的匹配电路我们建议使用表4的电容值作为调谐过程的起始值将直接匹配的天线调谐到最优的过程将在第7章解释起始值由天线的电感决定表4 天线匹配电路的起始值L ANT[µH] C S[pF] C P1[pF] C P2 [pF]0.8 27 270 3300.9 27 270 2701.0 27 220 270220 1.1 27 180||221.2 27 180 180||22 1.3 27 180 180 1.4 27 150 150 1.5 27 150 150150 1.6 27 120||101.7 27 120 150 1.8 27 120 120上表假设天线线圈的寄生杂散电容是15pF Cs和Cp应该是有+/- 2%容差的NP0电介质天线电感和电容的实际值由不同的参数决定• 天线结构PCB的类型• 导体的厚度• 线圈之间的距离• 屏蔽层• 附近环境的金属和铁由于有这些影响Cp的值要在实际的设计中优化正确的过程请参看7.1.1节3.4 50匹配的天线表2提出了两个概念来设计一个50的天线在这两个概念中EMC电路和接收电路是独立的本小节首先讲述前面这些部分接着是长距离和短距离的阻抗转换电路最后是设计50匹配天线的匹配电路的建议3.4.1 EMC电路MIFARE®系统的工作频率是13.56MHz这个频率要用石英振荡器产生但同时也会产生高次谐波为了符合国际EMC规定13.56MHz中的三次五次和高次谐波要被良好地抑制除了多层设计外我们强烈建议使用如图3.7所示的低通滤波器低通滤波器由元件L0和C0组成它们的值请看表53.4.2 接收电路MF RC500的内部接收部分使用了一个新的接收概念它使用卡响应的副载波负载调制所产生的两个边频带推荐使用内部产生的V MID电势作为Rx管脚的输入电势为了减少干扰在V MID管脚连接一个电容到地读卡器的接收部分需要在Rx和V MID引脚之间连接一个分压器另外建议在天线线圈和分压器之间串连一个电容图3.7就是推荐使用的接收电路它由R1R2C3和C4组成它们的值都在表5表5 EMC滤波和接收电路的值元件值注释L 0 1.0µH10% 屏蔽的磁场例如TDK ACL3225S-TC 0 47pF2% NP0材料8205%R2.7k5%RC 3 15pF2% NP0材料C 4 100nF2% NP0材料注意要获得最好的功能所使用的电容和电感至少要具备推荐的这些元件的性能和容差3.4.3 50的长距离解决方案要连接50的同轴电缆MF RC500需要一个阻抗转换电路这个阻抗转换电路要满足3个要求• 执行EMC滤波• MF RC500的低输出阻抗和50之间的阻抗转换• MF RC500有对称的输出驱动T X1和T X2连接同轴电缆会对地产生不对称的电势设计一个满足上面3个要求的电路的方法是使用一个变压器或Balun1产生一个不对称的地电平图3.7是使用Balun的一个典型的实现方法基于L0和C0的EMC滤波器与直接匹配的天线有相同的结构L0C 0和C1组成了一个T形滤波器这个滤波器将输出驱动电阻转换到50的同轴电缆电阻Balun B1的转换比例是1:1而且应当匹配到50电容C是可选的2Balun少量的不对称性可以减少调整天线最大输出电压的调谐电容特别注意MF RC500的桥输出驱动是低电阻器件要获得最好的性能就要在Tx1和Tx2之间加入一个30的匹配电阻计算需要转换的阻抗最简单的方法是使用smith图图3.7 长距离的解决方案50阻抗转换变压器和balun是产生不对称地电平的一种方法Balun的概念显示了如何用几个外部元件实现50匹配的长距离工作Balun的基本功能和阻抗网络的计算可以在标准文献中找到计算的结果会给出找到最好的解决方案的调谐过程起始值要提供EMC滤波功能必须在匹配到50和滤波之间找到折衷的方案表6显示了调谐过程的结果应该使用可选的调谐电容找到实际设计中最好的结果1 Balanced到Unbanlanced的缩写Balun是一种变压器2推荐在设计阶段使用调谐电容C2b它可以找到最优的性能表6 阻抗转换的值类型50-1元件值注释C1 82pF2% NP0材料C2a 69pF2% NP0材料C2b 0~30pFB1 1:1变压器例如Coilcraft 1812WBT-3 注意要获得最好的功能所使用的电容和电感至少要具备推荐的这些元件的性能和容差3.4.4 50的短距离解决方案第二种建立50天线的方法只使用一个驱动器级T X1或T X2图3.8显示了完整的阻抗转换和接收部分基于L0和C0的EMC滤波器与直接匹配的天线有相同的结构L0C0和C1组成了一个T形滤波器是可选的我们建议用这个调谐可能性这个滤波器将输出驱动电阻转换到50的同轴电缆电阻电容C对找到的C1最优值进行首次测试图3.8 50的短距离解决方案用一个驱动级实现50的阻抗转换要提供EMC滤波功能必须在匹配到50和滤波之间找到折衷的方案表7显示了调谐过程的结果表7 阻抗转换的值元件值注释C2a 69pF2% NP0材料C2b 0~30pF NP0材料注意要获得最好的功能所使用的电容和电感至少要具备推荐的这些元件的性能和容差3.4.5 50天线的天线匹配电路匹配50电缆的天线设计要满足几个要求首先要构造天线线圈它的电感要被测量或用计算天线电感的公式来估算公式请参看附录A这样的天线是一个低电阻的器件要将它连接到50的电缆需要用一个阻抗匹配电路除此之外它还需要一个谐振电路在13.56MHz的工作频率下产生最高的电压3.4.5.1 确定天线的等效电路读卡器的天线线圈可以用图3.9的等效电路表示天线本身有线圈线圈的电感是L ANT 另外线圈还有串行电阻R ANT 表示电阻损耗和一个表示线圈之间和连接器之间电容损耗的并行电容C ANT其中Lant =300~1500nH C ant =10~40pF R ant =0.3~1.2图3.9 天线线圈的等效电路我们建议用阻抗分析仪测量天线的等效电路连接天线线圈当使用屏蔽天线时要将屏蔽连接到地并测量显示的等效电路在计算品质因子和天线的调谐时线圈的电容Cant 可以忽略注意如果没有阻抗分析仪将计算的电感和电容值作为起始值估算这些值的公式请查看附录AMIFARE®的工作频率是13.56MHz 这个频率下电阻的表面效应损耗不能忽略这就是线圈不能只使用DC 阻抗的原因请用附录A 的估算找到电阻Rant 的起始值我们建议以后用测量品质因子的方法来检查整个设计如果有必要起始值要被改变整个调谐过程也要重新再做一次3.4.5.2 品质因子接下来的部分中假设天线电感L ANT 和电阻R ANT 的值已知我们建议用阻抗分析仪测量L ANT 和R ANT如果是用公式估算出的值要记住它们只是计算Q 因子的起始值天线的品质因子是天线正确调谐和所获得的性能的一个重要特性天线的品质因子由下面的公式定义 ANTANTR R L Q ⋅=ω其中R R f 2πω=根据天线的几何形状Q 的值通常在50100之间要进行正确的数据传输这个值还要减少在2.3.2章提到MIFARE®的波特率是105.9kHz/sec数据从RWD 传输到卡使用脉宽T=3µs 的Miller 编码用带宽B 的定义Qf B R=以及时间与带宽的乘积的规定1T B ≥⋅可以算出要求的Q 因子是68.40s 3MHz 56.13T f Q R ≤⋅≤⋅≤μ由于元件的容差和对温度的依靠我们建议Q 因子的值取35要降低原始的Q 因子要求增加一个外部电阻R EXT图3.10显示了如何连接外部电阻R EXT图3.10 外部电阻R EXT 的值用下面的公式算出ANT ANT R ANT ANT R EXT R 35LR Q L R −⋅=−⋅=ωω3.4.5.3 匹配电路电容的计算图3.11显示了推荐使用的将天线线圈匹配到50的电路匹配用一个串联和一个并联电容来实现输入电阻Z 要等于50图3.11 天线的匹配电路用下面的公式计算Cs 和Cp其中ZR R L w 1C antext ant2s +⋅=而s ant 2p C L w 1C −=+−=Z R R 1L w 1C ant ext ant2p Cs 和Cp 应当是NP0电介质的SMD 类型有很好的温度稳定性我们建议将Cp 分裂成一个固定的值和一个最大值是1020pF 的可变值Cp’。

广州周立功单片机发展有限公司技术支持如果您对文档有所疑问，您可以在办公时间（星期一至星期五上午8:30~11:50；下午1:30~5:30；星期六上午8:30~11:50）拨打技术支持电话或E-mail联系。

网址：联系电话：+86 (020) 22644358 22644359 22644360 22644361E-mail：*******************销售与服务网络目 录第1章集成复位的LDO (1)1.1 概述 (1)1.2 复位电路简介 (1)1.2.1 内部复位与外部复位的区别 (1)1.2.2 外部RC复位 (1)1.2.3 外部复位器件复位 (2)1.3 集成复位的LDO器件 (4)1.3.1 概述 (4)1.3.2 特性 (4)1.3.3 选型表 (5)1.3.4 NCV8501应用电路及解析 (5)1.3.5 NCV8502应用电路及解析 (7)1.3.6 NCV8503应用电路及解析 (9)1.3.7 NCV8504应用电路及解析 (11)1.3.8 NCV8505应用电路及解析 (13)1.3.9 NCV8506应用电路及解析 (14)1.3.10 NCV8508应用电路及解析 (16)1.3.11 NCV8512应用电路及解析 (18)1.3.12 NCV8518应用电路及解析 (19)1.3.13 L4949应用电路及解析 (21)1.3.14 CS8363应用电路及解析 (22)1.3.15 NCV4269应用电路及解析 (24)1.3.16 NCV4275应用电路及解析 (25)1.3.17 NCV4279应用电路及解析 (27)1.3.18 NCV4299应用电路及解析 (28)1.3.19 NCV8141应用电路及解析 (30)1.3.20 CS8151应用电路及解析 (32)1.3.21 NCV8660x应用电路及解析 (33)1.3.22 NCV8665应用电路及解析 (35)1.3.23 NCV8675应用电路及解析 (37)1.4 封装尺寸 (38)1.4.1 DPAK-5外观尺寸 (38)1.4.2 D2PAK-5外观尺寸 (39)1.4.3 D2PAK-7外观尺寸 (40)1.4.4 PDIP-8外观尺寸 (41)1.4.5 SO-8外观尺寸 (41)1.4.6 SO-8 EP外观尺寸 (42)1.4.7 SO-14外观尺寸 (42)1.4.8 SO-16L外观尺寸 (43)1.4.9 SOIC-16W外观尺寸 (44)1.4.10 SO-20L外观尺寸 (45)A.1 版本信息 (47)A.2 版权声明 (47)第1章集成复位的LDO1.1 概述复位电路、电源电路是保证MCU系统稳定可靠的重要条件，如果电源输出不稳定，复位电路不可靠，系统将很容易出现上电不运行或死机等异常。