隨著汽車電子對功能安全等級的要求提高，越來越多的汽車電子系統也用上了看門狗（Watchdog）功能來提高電源的安全性和可靠性，以滿足功能安全的要求。本文將介紹帶看門狗電源的分類、系統框圖、工作原理以及典型應用。

通常，我們將帶有看門狗的電源分為三類：

• 基本型看門狗電源
• 窗口型看門狗電源
• 問答型看門狗電源

1. 基本型看門狗電源

1.1系統框圖

圖1：線性穩壓器L4995的系統框圖。

以意法半導體（ST）的線性穩壓器L4995為例，從其系統框圖（圖1）中可以看到，基本型看門狗電路基本有以下三種功能引腳：

• 基本功能引腳

– Vin（電池輸入）

– Vo（穩壓器電壓輸出）

– GND

• 用3個引腳來實現看門狗的功能（Wi、Vcw、Res）

– Wi（WD PWM輸入）

– Vcw（WD電容器引腳）

– Res（復位）

• 保護功能（沒有列出所有的保護功能）

– 負載電流限流

– 溫度關斷

1.2 工作原理

圖2：L4995工作原理。

連接的微控制器由看門狗輸入Wi監控。如果脈沖丟失，復位輸出引腳設置為低（圖2）。利用外部電容器Ctw，可以在較寬的范圍內設置脈沖序列時間。看門狗電路用恒流Icwd向電容器Ctw放電。如果達到較低的閾值Vwlth，將看門狗重置。

每個Wi正邊沿將電流源從放電切換到充電。當達到較低的閾值時也會發生同樣的情況。當電壓達到上限時，電流從充電切換到放電，其結果是一個鋸齒波。Vcw為看門狗定時器電容器Ctw處的電壓。

2. 窗口型看門狗

2.1系統框圖

圖3：低壓差穩壓器TLE7273-2系統框圖。

英飛凌（Infineon）的低壓差穩壓器TLE7273-2中所內置的看門狗即為窗口型看門狗，其系統框圖如圖3所示。

2.2 工作原理

圖4：TPS7A63xx-Q1內置看門狗的窗口持續時間。

以TI低壓差穩壓器TPS7A63xx-Q1為例，如圖4所示，每個看門狗窗口由一個打開的窗口和一個關閉的窗口組成，每個窗口的寬度約為看門狗窗口的50%。但有一個例外：看門狗初始化后第一個打開的窗口是看門狗窗口持續時間的8倍。除看門狗初始化后打開的窗口外，所有打開的窗口都是看門狗窗口寬度的一半。初始化時，看門狗只能在打開的窗口中接收服務（通過軟件、外部微控制器等）。在關閉的窗口中維護的看門狗，或在打開的窗口中不維護的看門狗，會造成看門狗的報錯。

3. 問答型看門狗

3.1系統框圖

用德州儀器（TI）的TPS65381（用于安全關鍵型應用中的微處理器的多軌電源）的系統框圖（圖5）來示意帶有問答型看門狗的結構。

圖5：TPS65381系統框圖。

3.2 工作原理

下面用DRV3205-Q1（TI的一款用于汽車安全應用的具有3個電流感應放大器的三相電機前置驅動器IC）的問答型看門狗來解釋一下具體的工作原理（圖6）。

圖6：看門狗定時器簡化流程圖。

問答型看門狗通過SPI發送特定的消息序列定期進行操作。根據單片機的請求，DRV3205-Q1向SPI上的MCU，鎖定在WDT_ANSWER令牌U值寄存器中。單片機執行一系列固定的對令牌值進行算術運算，并將生成的令牌值返回給MCU通過寫入WDT_ANSWER應答寄存器的SPI。DRV3205-Q1設備驗證MCU是否返回令牌值在指定的時間窗口內產生（應答），并且令牌值響應（答案）正確。

● 當MCU在正確的時間窗口內執行與看門狗相關的SPI通信時，并返回正確計算的響應（答案），看門狗認為這是好事件。

● 當MCU在正確的定時窗口外執行與看門狗相關的SPI通信時，或返回錯誤計算的令牌響應（答案），或返回錯誤的正確答案順序，看門狗認為這是壞事件。

● 當MCU在看門狗超時期間暫停看門狗相關的SPI通信時窗口，看門狗將此視為無響應事件。

● 內部計數器存儲wd_fail_cnt寄存器中的錯誤響應數，該寄存器觸發。

● 如果wd_fail_cnt達到預先定義的限制，則失敗。通過在wd_fail_max中指定限制注冊后，可以為壞事件的數量設置一個緩沖區。

問答型看門狗目前用在對應功能安全等級ASIL-C/D的汽車系統中，例如EPS。但這個電路的缺點就是增加了控制軟件的復雜度，同時也增加了硬件的成本，需要依據具體的系統要求來選用。

綜上所述，汽車中帶有看門狗功能的電源依據不同的應用場合可以合適地選用。需要在成本、復雜性、可靠性和功能安全等方面進行綜合權衡后得出一個折衷的選擇。

編輯：hfy