TLE8262 - 2E通用系統基礎芯片HERMES數據手冊解讀

一、引言

在汽車電子領域，系統基礎芯片（SBC）扮演著至關重要的角色。英飛凌的TLE8262 - 2E通用系統基礎芯片HERMES，為CAN - LIN汽車應用（如車身控制器、網關應用）提供了全面的解決方案。本文將深入解讀TLE8262 - 2E的數據手冊，幫助電子工程師更好地了解和應用這款芯片。

文件下載：TLE8262-2E.pdf

二、HERMES概述

2.1 可擴展系統基礎芯片家族

HERMES系列共有八款產品，能實現完整的可擴展應用覆蓋，且家族內硬件和軟件完全兼容。TLE8262 - 2E屬于該系列，其封裝為PG - DSO - 36 - 38 。

2.2 基本特性

• 低功耗：在停止和睡眠模式下具有極低的靜態電流。
• 復位功能：具備復位輸入和輸出，有上電和可擴展欠壓復位發生器。
• 通信接口：采用標準16位SPI接口。
• 保護功能：擁有過溫、短路保護，且對GND和電池短路有防護能力。
• 喚醒功能：有一個通用喚醒輸入，支持在停止模式下循環喚醒。
• 環保合規：是符合RoHS標準的綠色產品，且通過AEC認證。

2.3 詳細描述

該系列芯片是采用增強型功率封裝的單片集成電路，除LIN單元數量不同外，軟件功能和硬件特性相同。它為CAN - LIN汽車應用提供了諸如HS - CAN收發器、LIN收發器、低壓差穩壓器（LDO）和16位SPI接口等主要功能，還集成了超時或窗口看門狗電路、跛行回家電路輸出和欠壓復位功能。同時，支持低功耗模式，可通過總線消息、雙電平敏感監測/喚醒輸入或SPI命令從低功耗模式喚醒，且每個喚醒源都可被禁止。

三、芯片結構與引腳

3.1 框圖

簡化的框圖展示了SBC設備的基本元素，包括狀態機、SPI接口、Limp home輸出、CAN和LIN單元等。

3.2 引腳配置

TLE8262 - 2E采用DSO 36 - 暴露焊盤封裝，各引腳具有不同的功能，如復位輸入/輸出（RO）、SPI芯片選擇（CSN）、SPI時鐘（CLK）、SPI數據輸入（SDI）和輸出（SDO）等。每個引腳的功能都有明確的定義和詳細的電氣特性要求。

四、狀態機

4.1 模式概述

SBC提供十種操作模式，包括上電復位、初始化、正常、重啟、軟件閃存、睡眠、停止、故障安全、軟件開發和工廠閃存模式。這些模式通過一個測試引腳和SPI內的三個模式選擇位（MS2..0）控制，同時允許通過兩個外部引腳和一個SPI位進行五種配置。

4.2 各模式詳細介紹

• 上電復位（POR）：當 (V{S}>V{UVON}) 時，SBC開始工作，讀取測試引腳并開啟 (V{cc 1 mu C}) ，達到復位閾值 (V{RT 1}) 后，復位輸出保持激活 (t_{RD 1}) ，進入初始化模式。
• 初始化模式：啟動時讀取測試引腳，等待微控制器完成啟動和初始化序列。 (V_{cc 2 / 3}) 關閉，看門狗可配置但未激活，CAN和LIN模塊及跛行回家輸出均不活躍。若在復位松弛后的256ms內未收到正確的SPI命令，將進入重啟模式并激活跛行回家輸出。
• 正常模式：用于CAN和LIN消息的收發。 (V{cc1 mu C}) 始終開啟， (V{cc 2}) 和 (V_{cc3 }) 可通過SPI命令開啟或關閉，看門狗需觸發，所有喚醒源可被禁止，跛行回家輸出可通過SPI命令啟用或禁用。
• 睡眠模式：主和外部穩壓器關閉，實現最低功耗。集成看門狗禁用，CAN和LIN模塊處于可喚醒或關閉模式，跛行回家輸出不變。若有喚醒事件，自動進入重啟模式。
• 停止模式：作為低功耗模式， (V{cc1 mu C}) 保持活躍， (V{cc 2/3 }) 可開啟或關閉，看門狗可使用或關閉。CAN和LIN模塊可選擇關閉或作為喚醒源，若所有喚醒源禁用，看門狗不能禁用。支持循環喚醒功能，用于監測電池電壓或跟蹤RF數據。
• 軟件閃存模式：與正常模式的穩壓器情況相似，跛行回家輸出可通過SPI設置為低電平，CAN和LIN模塊激活以接收閃存數據，LIN模塊的斜率控制機制關閉，看門狗配置固定。
• 重啟模式：用于復位微控制器，有多種進入原因，如欠壓、看門狗觸發失敗等。進入或離開該模式不會停用跛行回家輸出，自動進入正常模式，延遲時間 (t_{RDx}) 可通過SPI位編程。
• 故障安全模式：所有穩壓器關閉，收發器處于可喚醒模式，跛行回家輸出激活。進入條件包括看門狗觸發失敗、 (V{cc 1 mu C}) 欠壓超時、 (V{cc 1 mu C}) 過熱關機和復位鉗位等。
• 軟件開發模式：測試引腳連接到GND時進入，是其他模式的超集，看門狗觸發失敗時不產生復位，也不會進入故障安全或重啟模式。
• 工廠閃存模式：SBC完全斷電，微控制器由外部供電。當 (V{CC 1 mu C}) 由外部供電且 (V{s}) 無外部供電時進入該模式，需注意電流和電壓的絕對最大額定值。

五、通用產品特性

5.1 絕對最大額定值

規定了芯片在不同參數下的極限值，如電壓、電流、溫度和ESD等，確保芯片在安全范圍內工作。

5.2 功能范圍

明確了芯片正常工作的電壓、頻率和溫度范圍，以及欠壓“OFF”和“ON”的閾值。

5.3 熱特性

給出了結 - 環境熱阻、結 - 焊接點熱阻以及熱預警和關機溫度等參數，有助于工程師進行散熱設計。

5.4 電流消耗

詳細列出了不同模式下的電流消耗，如正常模式、停止模式和睡眠模式，方便工程師評估芯片的功耗。

六、電壓調節器

6.1 內部電壓調節器

內部電壓調節器為雙低壓差穩壓器，可提供高達 (I{CC 1 mu C / 2 underline max }) 的負載電流，將輸入電壓調節到 (V{cc1 mu C / 2 underline nom } = 5.0 V) ，精度為±2%。具有集成復位電路，支持SPI配置的上電時序和輸出電壓監測，適用于微控制器供電。

6.2 外部電壓調節器

(V{cc3 }) 可通過SPI激活，驅動外部PNP晶體管以增加輸出電流靈活性。通過四個引腳（ (V{S}) 、 (V{cc3base}) 、 (V{cc3shunt }) 和 (V{cc3ref }) ）實現調節，輸出電壓為 (V{Q, nom}=5.0 V) ，精度為±4%。輸出電流通過外部分流電阻監測，狀態在診斷SPI寄存器中報告。

七、收發器

7.1 高速CAN收發器

• 功能描述：提供高速（HS）差分模式數據傳輸和接收，兼容ISO/DIS 11898 - 2和11898 - 5以及SAE J2284。支持低功耗模式，具備CAN喚醒功能，設計用于承受汽車應用的惡劣條件。
• 工作模式：包括CAN正常模式、CAN可喚醒模式、CAN關閉模式和CAN接收僅模式，不同模式下的工作方式和功能有所不同。
• 故障檢測：具備TxD超時、總線主導鉗位、TxD到RxD短路、過溫、永久RxD隱性鉗位和 (V_{cchSCAN }) 欠壓等故障檢測功能，檢測到故障后會采取相應的處理措施。
• SPLIT電路：在CAN正常和接收僅模式下激活，用于穩定隱性共模信號。

7.2 LIN收發器

• 功能描述：是協議控制器和物理總線之間的接口，兼容LIN 2.1和SAE J2602 - 2。支持LIN可喚醒模式和LIN關閉模式，具備總線短路到GND保護功能，EMC性能良好。
• 工作模式：包括LIN正常模式、LIN低斜率模式、LIN關閉模式、LIN可喚醒模式、LIN接收僅模式和LIN閃存模式，不同模式下的傳輸速率和功能有所差異。
• 故障檢測：具備TxD超時、總線主導鉗位、TxD到RxD短路、過溫和永久RxD隱性鉗位等故障檢測功能，檢測到故障后會自動切換到LIN接收僅模式。

八、監督功能

8.1 復位功能

復位輸出引腳RO為微控制器提供信息，當輸出電壓低于欠壓閾值時，復位信號保持低電平。復位閾值和延遲時間可通過SPI調整，RO引腳有集成上拉電阻。同時，RO引腳會進行短路診斷，出現故障時SBC會進入相應模式并激活跛行回家輸出。

8.2 看門狗

SBC支持窗口看門狗和超時看門狗兩種模式，可通過SPI編程和控制。不同SBC模式下，看門狗的工作方式和狀態有所不同。看門狗通過SPI位觸發，需按正確頻率切換，觸發信號不符合窗口要求時，SBC會進入重啟或故障安全模式。

九、中斷功能

9.1 中斷描述

中斷引腳INT用于向微控制器指示喚醒、故障或電壓調節器開啟等事件。所有中斷源可通過SPI位屏蔽，不同類型的故障和事件對應的中斷激活方式和SPI位狀態不同。

9.2 中斷時序

INT輸出在中斷條件發生時置為低電平，通過SPI中斷緩沖區讀出命令或中斷超時 (t_{INTTO }) 后釋放。連續中斷源出現時，僅產生一個INT低電平，但SPI讀出會指示中斷源。

9.3 中斷模式與SBC模式

中斷功能僅在SBC正常和停止模式下可用，重啟模式后所有中斷源啟用。

十、跛行回家功能

10.1 描述

跛行回家輸出用于在微控制器故障時獨立控制安全關鍵功能，如開啟或關閉關鍵負載。

10.2 輸出類型

包括跛行回家輸出、跛行回家側指示燈輸出（LH_SI）和LH_PL（脈沖光）輸出，每種輸出都有特定的功能和工作方式。

10.3 激活與釋放

跛行回家輸出可因故障條件或SPI命令激活，釋放條件根據激活方式不同而有所差異。

10.4 (V_{cc 1 mu C}) 欠壓超時

當 (V{cc 1 mu C}) 輸出電壓低于復位閾值、 (V{s}) 高于閾值且該條件持續時間超過 (V_{cc 1 mu C}) 欠壓超時時間時，設備進入故障安全模式，跛行回家輸出激活。

十一、配置選擇

通過INT引腳的外部上拉電阻配置，可設置設備的兩種不同SBC行為，配置僅在初始化模式下讀取，之后存儲。

十二、串行外設接口（SPI）

12.1 描述

16位寬的控制輸入字通過SDI讀取，與CLK同步，輸出字在SDO同步出現。傳輸周期由CSN選擇，CSN從低到高時，讀取的字成為新的控制字，SDO輸出變為三態。

12.2 數據處理

當SPI數據輸入錯誤時，SBC會忽略信息，產生中斷并設置SPI Fail位，下一個SPI輸出數據保持不變。

12.3 數據編碼

包括WD刷新位、WK狀態位、SBC配置設置和讀取、中斷寄存器編碼、CAN/LIN故障編碼、配置編碼、復位編碼、SBC看門狗編碼和SBC診斷編碼等，詳細規定了各位的含義和功能。

12.4 輸出數據

首次進入SBC正常模式時，SPI輸出數據取決于之前的SBC模式。只讀命令可清除INT位，不進行寫訪問，也不改變SBC模式。

十三、應用信息

13.1 應用示例

給出了車身控制器模塊的應用示例和物料清單，包括電容、電阻、有源組件等，為工程師提供了實際應用的參考。

13.2 ZthJA曲線

展示了不同冷卻面積下的ZthJA曲線，幫助工程師進行散熱設計。

13.3 SBC工廠閃存模式提示

該模式用于模塊生產時對微控制器進行閃存，微控制器由外部5V電源供電，SBC不提供復位信號、中斷和SPI SDO信號，SPI引腳可由外部驅動。

13.4 ESD測試

進行了ESD魯棒性測試，結果顯示CANH、CANL、BUSx、Vs引腳對GND的ESD耐受能力在±8kV以上。

十四、總結

TLE8262 - 2E通用系統基礎芯片HERMES為汽車電子應用提供了全面、可靠的解決方案。其豐富的功能和靈活的配置選項，能夠滿足不同應用場景的需求。電子工程師在設計過程中，應充分理解芯片的數據手冊，合理應用各項功能，確保系統的穩定性和可靠性。同時，在實際應用中，還需根據具體需求進行適當的調整和優化，以達到最佳的性能表現。你在使用這款芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。