汽车电子技术与单片机第11章
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¡ 本章将讲述TJA1020在LIN中作为物理媒体连接工具的技 术实现。典型的LIN ECU如图11-2所示。
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汽车电子技术与单片机第11章
第二节 总体描述
¡ 一、TJA1020的特征
¡ TJA1020的主要特征是： ¡ （1）波特率高达20Kbps。 ¡ （2）修整输出波形以使电磁辐射（EME）非常低。 ¡ （3）高抗电磁干扰性（EMI）。 ¡ （4）在低速应用中使用低斜率模式以进一步减少EME。 ¡ （5）睡眠模式中的电流消耗极低。 ¡ （6）在LIN对GND短路时电池受到放电保护。 ¡ （7）传输数据（TXD）显性超时功能。 ¡ （8）电池的工作范围广，可以从电压降（5V）到跳变启动
情况（27V）。
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第二节 总体描述
¡ （9）控制输入电平和3.3V以及5V的器件兼容。 ¡ （10）LIN从机应用时集成端电阻。 ¡ （11）睡眠模式下本地和远程唤醒。 ¡ （12）唤醒源的识别（本地或远程）。 ¡ （13）不上电情况下的自动防故障保护，没有反向电流通路。 ¡ （14）总线终端可防止短路和汽车环境下的瞬变。 ¡ （15）直接的电池操作，可以防止负载断电、跳跃启动和瞬
它和普通斜率模式相比可以进一步减少（普通斜率模式中） 已经非常低的EME。因此，它和普通斜率模式的唯一不同点 式总线符号的过渡时间。低斜率模式的过渡时间是普通斜率 模式过渡时间的两倍，如图11-9. ¡ 低斜率模式只能通过睡眠或准备模式进入，不可能直接从普 通斜率模式直接转换成低斜率模式。 ¡ 当引脚TXD的低电平和引脚NSLP的高电平维持了至少 tgotonorm.max,TJA1020进入低斜率模式。当tgotonorm超时 后会执行模式转换。图11-10是从睡眠模式或准备模式转换 成低斜率模式的时序图。
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第三节 从机应用
¡ 如果没有本地唤醒源，则不需要外部上拉电阻。TXD不会被 TJA1020强下拉至低电平。如果TJA1020使用本地唤醒 特征，外部上拉电阻RTX要求的上拉能力由下面的条件定义：
¡ ①当发生本地唤醒事件时，集成的唤醒源晶体管具有拉引脚 TXD到低的驱动能力；
¡ TJA1020收发器的接收器（LIN）的输入、本地唤醒输入 （NWAKE）和睡眠控制输入（NSLP）使用滤波器和/或 定时器，以防止由汽车瞬态或EMI造成的不必要的唤醒。因 此，所有的唤醒都要维持一段时间（tBUS，tWAKE， tgotonorm）
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¡ 睡眠模式中，连接引脚LIN和BAT的内部从机端电阻RSLAVE 禁能；可以将它看做是一个弱点流源。当LIN总线对地短路 时，它将电流的消耗减到最低。
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第二节 总体描述
¡ 2.准备模式 ¡ 准备模式是一个中间模式，只有当TJA1020在睡眠模式时
态。 ¡ （16）不需要5V电源。 ¡ （17）温度保护。
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第二节 总体描述
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¡ 二、TJA1020的方框图
¡ TJA1020的方框图如图11-3所示。
¡ 三、TJA1020的工作模式
¡ TJA1020共有四种工作模式，它们分别是普通斜率模式、 低斜率模式、准备模式和睡眠模式。这些操作模式的详细情 况如表11-1和图11-4所示。
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Байду номын сангаас
第二节 总体描述
¡ 四、TJA1020和3.3V器件兼容
¡ TJA1020被设计成用于日益增长的汽车低电压应用。它的 引脚TXD和NSLP减小了输入阀值，输出引脚RXD和TXD 为漏极开路。因此。它可以和使用3.3V或5V电压的单片机 兼容。这样，TJA1020和主单片机之间不需要5V的转换接 口，而且收发器本身不需要额外的Vcc电源。
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2020/11/23
汽车电子技术与单片机第11章
第一节 简介
¡ LIN总线是一个低速的（最高20Kb/s）A类串行总线协议。 LIN的子总线可以用于像座椅、门、控制板和方向盘等模块。 它的作用是将开关、执行元件和传感器从子总线连接到主总 线（如CAN总线）。
¡ TJA1020的发送器将在TXD输入的单片机数据流转换成 LIN总线信号波形，并加以修整，使EME达到最小。TXD 输入的低电平会使LIN总线是显性电平。而高电平性则是 LIN总线是隐性电平。
¡ 普通斜率模式中，内部从机端电阻RSLAVE将LIN总线引脚拉 高。引脚INH的电池高电平使外部电压调节器保持接通。
¡ 3.普通斜率模式 ¡ 普通斜率模式用于通过LIN总线发送和接收数据。总线数据
流由接收器转换成数字位流并在RXD引脚输出到单片机。 RXD引脚的高电平表示LIN总线是隐形电平，而低电平表示 LIN总线是显性电平。
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第二节 总体描述
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第二节 总体描述
¡ 图11-6和图11-7是远程和本地唤醒的时序图以及在引脚 RXD和TXD的特定输出。如果LIN总线在一个隐形总线电 平之后的显性电平至少持续tBUS，则可以通过LIN总线检测 到远程唤醒。如果低电平持续了至少tNWAKE，则NWAKE引 脚的下降沿将引起本地唤醒。
第二节 总体描述
¡ 如果睡眠输入引脚NSLP的低电平维持了至少 tgotonorm(见图11-5)而且这段时间内没有发生唤醒事 件，则TJA1020进入睡眠模式。这段滤波时间可以防止 TJA1020由于EMI 产生的不必要的瞬态而进入睡眠模式。 如果引脚LIN和/或NWAKE连接到地也可以激活睡眠模式， 譬如对地短路。
¡ LIN协议采用8N1编码字节区的UART/SCI串行数据链路 格式。LIN网络包括一个主机节点和一个或多于一个从机点； 主机节点控制媒体访问。这样一个单主机多从机的网络如图 11-1所示。
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第一节 简介
¡ LIN的物理层在ISO 9141标准中定义，并且为了符合汽车 环境中的特殊应用（譬如EMC、ESD等），还作了一定的提 高。
•（11-3） ¡ 式中：VTXD=0.4V。 ¡ 上拉电阻的阻值范围是：RTX,minx<RTX<RTX,max
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•（11-4）
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第三节 从机应用
¡ 式中：VIH（TXD），min——TXD高电平输入的最小电压； ¡ VIL（TXD），max——TXD低电平输入的最大电压； ¡ RTXD，min——TXD下拉电阻的最小阻值； ¡ IIL（TXD），max——TXD低电平输入的最大电流； ¡ IOL（TXD），min——TXD低电平输出的最小电流； ¡ 注意：由于TXD引脚的LIN信号上升和下降的过程对称，因
¡ ②TJA1020的集成TXD下拉电阻RTXD。 ¡ 单片机端口引脚的能力以及上拉电阻RTX的值可以用下面的
方程计算，即在VTX（μC）>VIH（TXD），min时的最小高电平上 拉电流为：
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•（11-2）
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第三节 从机应用
¡ 当VTX（μC）<VIH（TXD），min时的最大低电平上拉电流为：
•（11-1）
¡ 式中：VIH(SLP)，min——NSLP高电平输入电压的最小值； ¡ RSLP,min——NSLP下拉电阻的最小值； ¡ IIL（SLP），max——NSLP低电平输入电流的最大值。
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第三节 从机应用
¡ 2.TXD引脚 ¡ （1）唤醒源识别。TXD是一个双向引脚。在普通斜率模式
40~+150℃；RL(LIN-BAT)=500Ω；所有电压根据地定义； 流入IC的是正向电流；典型值是在VBAT=12V的情况下得出。
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第三节 从机应用
¡ 一、结构
¡ 图11-11是LIN收发器TJA1020的从机应用。单片机通过 UART/SCI接口或标准I/O口引脚连接到LIN收发器。 TJA1020的TXD引脚是发送数据输入，RXD引脚是接收数 据输出.LIN收发器的睡眠控制输入NSLP可以通过单片机的 端口引脚来控制。TJA1020还有一个内部从机端电阻。因 此，从机应用不需要外部的LIN总线端电阻。推荐使用图 11-11中的电容CSLAVE，以提高LIN系统的EME和EMI性 能。
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第三节 从机应用
¡ 二、详细的引脚描述
¡ 1.NSLP引脚 ¡ 睡眠控制引脚NSLP有内部下拉电阻RSLP，当发生开路故
障时，仍能保持一个固定的输入电平。NSLP的低电平使 TJA1020进入睡眠模式，并将功率的消耗减到最小。器件 电源的输入阀值范围是5V和3.3V。典型的NSLP引脚应用 如图11-12所示。 ¡ 单片机端口引脚对NSLP引脚的最小驱动能力可以用下面的 方输程出计能算力，为即 ：当Vμc>VIH(SLP)时，端口在最小高电平时的引脚
¡ 将引脚NSLP和TXD置高电平，并持续至少tgotonorm,max,也 可以进入普通斜率模式。当tgotonorm超时后会执行模式转换。 图11-8是从睡眠模式或准备模式转换成普通斜率模式的时 序图。
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第二节 总体描述
¡ 4.低斜率模式 ¡ 如果LIN系统的速率低于10Kb/s，可以使用低斜率模式。
和低斜率模式中，它作为发送数据输入，而在准备模式中用 于标至唤醒源。TXD引脚的低电平输出表面在NWAKE引脚 发生本地唤醒事件。如果NWAKE引脚被用作本地唤醒源， TXD引脚要被上拉。这个上拉可以用两种方法执行： ¡ ①单片机的端口引脚有集成的上拉电阻RTX（μC） （见图1113（a） ）； ¡ ②将外部上拉电阻RTX（ext）连接到本地VCC（见图11-13 （b） ）
产生远程和本地唤醒时才会进入准备模式。准备模式中， INH引脚输出高电平，将外部电压调节器激活。另外，连接 引脚LIN和BAT的内部从机端电阻RSLAVE激活。 ¡ TJA1020用RXD引脚的低电平来标志准备模式。它也可以 作为单片机的唤醒中断请求。另外，唤醒源可以用引脚TXD 的下拉来标志。远程唤醒事件会在引脚TXD产生弱下拉，而 本地唤醒事件将在TXD引脚产生强下拉。外部的上啦电阻由 所使用的单片机来决定。
¡ 1.睡眠模式 ¡ TJA1020的睡眠模式使LIN ECU的功耗非常低。这是由于
收发器本身的电流消耗非常低，而且通过INH输出关断了外 部电压调节器造成的。因此，睡眠模式中，INH引脚悬空。
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第二节 总体描述
¡ 尽管功率的消耗极低，但TJA1020仍能识别LIN引脚的远 程唤醒和NWAKE引脚的本地唤醒并将模式切换到准备模式。 而且，TJA1020还可以通过引脚NSLP直接激活普通或低 斜率模式，这对于单片机的电源不是由INH输出控制的应用 非常有用。
¡ 为使引脚RXD和TXD达到高电平，当单片机的端口引脚没 有集成上拉电阻时，要加外部上拉电阻。
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第二节 总体描述
¡ 五、TJA1020的特性
¡ 1.限制值 ¡ 根据绝对最大等级系统（IEC 60134），所有电压都参考
引脚GND。限制值如表11-2所示。 ¡ 2.温度特性 ¡ 根据IEC747——1 TJA1020的温度特性如表11-3所示。 ¡ 3.特征 ¡ TJA1020特征见表11-4，其中，VBAT=5~27V；Tvj=-
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第二节 总体描述
¡ 一、TJA1020的特征
¡ TJA1020的主要特征是： ¡ （1）波特率高达20Kbps。 ¡ （2）修整输出波形以使电磁辐射（EME）非常低。 ¡ （3）高抗电磁干扰性（EMI）。 ¡ （4）在低速应用中使用低斜率模式以进一步减少EME。 ¡ （5）睡眠模式中的电流消耗极低。 ¡ （6）在LIN对GND短路时电池受到放电保护。 ¡ （7）传输数据（TXD）显性超时功能。 ¡ （8）电池的工作范围广，可以从电压降（5V）到跳变启动
情况（27V）。
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第二节 总体描述
¡ （9）控制输入电平和3.3V以及5V的器件兼容。 ¡ （10）LIN从机应用时集成端电阻。 ¡ （11）睡眠模式下本地和远程唤醒。 ¡ （12）唤醒源的识别（本地或远程）。 ¡ （13）不上电情况下的自动防故障保护，没有反向电流通路。 ¡ （14）总线终端可防止短路和汽车环境下的瞬变。 ¡ （15）直接的电池操作，可以防止负载断电、跳跃启动和瞬
它和普通斜率模式相比可以进一步减少（普通斜率模式中） 已经非常低的EME。因此，它和普通斜率模式的唯一不同点 式总线符号的过渡时间。低斜率模式的过渡时间是普通斜率 模式过渡时间的两倍，如图11-9. ¡ 低斜率模式只能通过睡眠或准备模式进入，不可能直接从普 通斜率模式直接转换成低斜率模式。 ¡ 当引脚TXD的低电平和引脚NSLP的高电平维持了至少 tgotonorm.max,TJA1020进入低斜率模式。当tgotonorm超时 后会执行模式转换。图11-10是从睡眠模式或准备模式转换 成低斜率模式的时序图。
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第三节 从机应用
¡ 如果没有本地唤醒源，则不需要外部上拉电阻。TXD不会被 TJA1020强下拉至低电平。如果TJA1020使用本地唤醒 特征，外部上拉电阻RTX要求的上拉能力由下面的条件定义：
¡ ①当发生本地唤醒事件时，集成的唤醒源晶体管具有拉引脚 TXD到低的驱动能力；
¡ TJA1020收发器的接收器（LIN）的输入、本地唤醒输入 （NWAKE）和睡眠控制输入（NSLP）使用滤波器和/或 定时器，以防止由汽车瞬态或EMI造成的不必要的唤醒。因 此，所有的唤醒都要维持一段时间（tBUS，tWAKE， tgotonorm）
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¡ 睡眠模式中，连接引脚LIN和BAT的内部从机端电阻RSLAVE 禁能；可以将它看做是一个弱点流源。当LIN总线对地短路 时，它将电流的消耗减到最低。
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¡ 2.准备模式 ¡ 准备模式是一个中间模式，只有当TJA1020在睡眠模式时
态。 ¡ （16）不需要5V电源。 ¡ （17）温度保护。
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¡ 二、TJA1020的方框图
¡ TJA1020的方框图如图11-3所示。
¡ 三、TJA1020的工作模式
¡ TJA1020共有四种工作模式，它们分别是普通斜率模式、 低斜率模式、准备模式和睡眠模式。这些操作模式的详细情 况如表11-1和图11-4所示。
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第二节 总体描述
¡ 四、TJA1020和3.3V器件兼容
¡ TJA1020被设计成用于日益增长的汽车低电压应用。它的 引脚TXD和NSLP减小了输入阀值，输出引脚RXD和TXD 为漏极开路。因此。它可以和使用3.3V或5V电压的单片机 兼容。这样，TJA1020和主单片机之间不需要5V的转换接 口，而且收发器本身不需要额外的Vcc电源。
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第一节 简介
¡ LIN总线是一个低速的（最高20Kb/s）A类串行总线协议。 LIN的子总线可以用于像座椅、门、控制板和方向盘等模块。 它的作用是将开关、执行元件和传感器从子总线连接到主总 线（如CAN总线）。
¡ TJA1020的发送器将在TXD输入的单片机数据流转换成 LIN总线信号波形，并加以修整，使EME达到最小。TXD 输入的低电平会使LIN总线是显性电平。而高电平性则是 LIN总线是隐性电平。
¡ 普通斜率模式中，内部从机端电阻RSLAVE将LIN总线引脚拉 高。引脚INH的电池高电平使外部电压调节器保持接通。
¡ 3.普通斜率模式 ¡ 普通斜率模式用于通过LIN总线发送和接收数据。总线数据
流由接收器转换成数字位流并在RXD引脚输出到单片机。 RXD引脚的高电平表示LIN总线是隐形电平，而低电平表示 LIN总线是显性电平。
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第二节 总体描述
¡ 图11-6和图11-7是远程和本地唤醒的时序图以及在引脚 RXD和TXD的特定输出。如果LIN总线在一个隐形总线电 平之后的显性电平至少持续tBUS，则可以通过LIN总线检测 到远程唤醒。如果低电平持续了至少tNWAKE，则NWAKE引 脚的下降沿将引起本地唤醒。
第二节 总体描述
¡ 如果睡眠输入引脚NSLP的低电平维持了至少 tgotonorm(见图11-5)而且这段时间内没有发生唤醒事 件，则TJA1020进入睡眠模式。这段滤波时间可以防止 TJA1020由于EMI 产生的不必要的瞬态而进入睡眠模式。 如果引脚LIN和/或NWAKE连接到地也可以激活睡眠模式， 譬如对地短路。
¡ LIN协议采用8N1编码字节区的UART/SCI串行数据链路 格式。LIN网络包括一个主机节点和一个或多于一个从机点； 主机节点控制媒体访问。这样一个单主机多从机的网络如图 11-1所示。
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第一节 简介
¡ LIN的物理层在ISO 9141标准中定义，并且为了符合汽车 环境中的特殊应用（譬如EMC、ESD等），还作了一定的提 高。
•（11-3） ¡ 式中：VTXD=0.4V。 ¡ 上拉电阻的阻值范围是：RTX,minx<RTX<RTX,max
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第三节 从机应用
¡ 式中：VIH（TXD），min——TXD高电平输入的最小电压； ¡ VIL（TXD），max——TXD低电平输入的最大电压； ¡ RTXD，min——TXD下拉电阻的最小阻值； ¡ IIL（TXD），max——TXD低电平输入的最大电流； ¡ IOL（TXD），min——TXD低电平输出的最小电流； ¡ 注意：由于TXD引脚的LIN信号上升和下降的过程对称，因
¡ ②TJA1020的集成TXD下拉电阻RTXD。 ¡ 单片机端口引脚的能力以及上拉电阻RTX的值可以用下面的
方程计算，即在VTX（μC）>VIH（TXD），min时的最小高电平上 拉电流为：
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¡ 当VTX（μC）<VIH（TXD），min时的最大低电平上拉电流为：
•（11-1）
¡ 式中：VIH(SLP)，min——NSLP高电平输入电压的最小值； ¡ RSLP,min——NSLP下拉电阻的最小值； ¡ IIL（SLP），max——NSLP低电平输入电流的最大值。
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¡ 2.TXD引脚 ¡ （1）唤醒源识别。TXD是一个双向引脚。在普通斜率模式
40~+150℃；RL(LIN-BAT)=500Ω；所有电压根据地定义； 流入IC的是正向电流；典型值是在VBAT=12V的情况下得出。
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¡ 一、结构
¡ 图11-11是LIN收发器TJA1020的从机应用。单片机通过 UART/SCI接口或标准I/O口引脚连接到LIN收发器。 TJA1020的TXD引脚是发送数据输入，RXD引脚是接收数 据输出.LIN收发器的睡眠控制输入NSLP可以通过单片机的 端口引脚来控制。TJA1020还有一个内部从机端电阻。因 此，从机应用不需要外部的LIN总线端电阻。推荐使用图 11-11中的电容CSLAVE，以提高LIN系统的EME和EMI性 能。
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¡ 二、详细的引脚描述
¡ 1.NSLP引脚 ¡ 睡眠控制引脚NSLP有内部下拉电阻RSLP，当发生开路故
障时，仍能保持一个固定的输入电平。NSLP的低电平使 TJA1020进入睡眠模式，并将功率的消耗减到最小。器件 电源的输入阀值范围是5V和3.3V。典型的NSLP引脚应用 如图11-12所示。 ¡ 单片机端口引脚对NSLP引脚的最小驱动能力可以用下面的 方输程出计能算力，为即 ：当Vμc>VIH(SLP)时，端口在最小高电平时的引脚
¡ 将引脚NSLP和TXD置高电平，并持续至少tgotonorm,max,也 可以进入普通斜率模式。当tgotonorm超时后会执行模式转换。 图11-8是从睡眠模式或准备模式转换成普通斜率模式的时 序图。
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第二节 总体描述
¡ 4.低斜率模式 ¡ 如果LIN系统的速率低于10Kb/s，可以使用低斜率模式。
和低斜率模式中，它作为发送数据输入，而在准备模式中用 于标至唤醒源。TXD引脚的低电平输出表面在NWAKE引脚 发生本地唤醒事件。如果NWAKE引脚被用作本地唤醒源， TXD引脚要被上拉。这个上拉可以用两种方法执行： ¡ ①单片机的端口引脚有集成的上拉电阻RTX（μC） （见图1113（a） ）； ¡ ②将外部上拉电阻RTX（ext）连接到本地VCC（见图11-13 （b） ）
产生远程和本地唤醒时才会进入准备模式。准备模式中， INH引脚输出高电平，将外部电压调节器激活。另外，连接 引脚LIN和BAT的内部从机端电阻RSLAVE激活。 ¡ TJA1020用RXD引脚的低电平来标志准备模式。它也可以 作为单片机的唤醒中断请求。另外，唤醒源可以用引脚TXD 的下拉来标志。远程唤醒事件会在引脚TXD产生弱下拉，而 本地唤醒事件将在TXD引脚产生强下拉。外部的上啦电阻由 所使用的单片机来决定。
¡ 1.睡眠模式 ¡ TJA1020的睡眠模式使LIN ECU的功耗非常低。这是由于
收发器本身的电流消耗非常低，而且通过INH输出关断了外 部电压调节器造成的。因此，睡眠模式中，INH引脚悬空。
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第二节 总体描述
¡ 尽管功率的消耗极低，但TJA1020仍能识别LIN引脚的远 程唤醒和NWAKE引脚的本地唤醒并将模式切换到准备模式。 而且，TJA1020还可以通过引脚NSLP直接激活普通或低 斜率模式，这对于单片机的电源不是由INH输出控制的应用 非常有用。
¡ 为使引脚RXD和TXD达到高电平，当单片机的端口引脚没 有集成上拉电阻时，要加外部上拉电阻。
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第二节 总体描述
¡ 五、TJA1020的特性
¡ 1.限制值 ¡ 根据绝对最大等级系统（IEC 60134），所有电压都参考
引脚GND。限制值如表11-2所示。 ¡ 2.温度特性 ¡ 根据IEC747——1 TJA1020的温度特性如表11-3所示。 ¡ 3.特征 ¡ TJA1020特征见表11-4，其中，VBAT=5~27V；Tvj=-