TLE8263 - 2E通用系統基礎芯片HERMES：功能特性與應用解析

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TLE8263 - 2E通用系統基礎芯片HERMES，憑借其豐富的功能和出色的性能，為CAN - LIN汽車應用提供了強大的支持。本文將深入剖析TLE8263 - 2E的各項特性、工作模式以及應用要點，希望能為電子工程師們在實際設計中提供有價值的參考。

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二、芯片概述

2.1 產品家族與特性

HERMES系列是可擴展的系統基礎芯片家族，包含六種產品，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。TLE8263 - 2E屬于該家族，具有2個LIN接口和3個Limp Home輸出。其基本特性包括極低的靜態電流、復位輸入輸出、上電和可擴展欠壓復位發生器、標準16位SPI接口、過溫與短路保護等，并且是符合RoHS標準的綠色產品，經過AEC認證。

2.2 主要功能

該芯片主要提供HS - CAN收發器和LIN收發器用于數據傳輸，低壓差穩壓器（LDO）為外部5V供電，以及16位串行外設接口（SPI）用于控制和監測設備。此外，還集成了超時或窗口看門狗電路、Limp Home電路輸出和欠壓復位功能。

三、芯片結構與引腳配置

3.1 簡化框圖

芯片的簡化框圖展示了其基本組成元素，包括電壓調節器、SPI接口、CAN和LIN收發器、狀態機、Limp Home電路等。這些模塊協同工作，實現芯片的各項功能。

3.2 引腳配置

TLE8263 - 2E采用PG - DSO - 36 - 38封裝，共有36個引腳，每個引腳都有特定的功能。例如，RO為復位輸入/輸出引腳，CSN為SPI芯片選擇引腳，CLK為SPI時鐘輸入引腳等。詳細的引腳定義和功能在數據手冊中有明確說明，工程師在設計時需根據實際需求合理使用這些引腳。

四、狀態機與工作模式

4.1 狀態機描述

芯片提供了十種工作模式，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中的三個模式選擇位MS2..0進行控制，同時還支持五種配置，可通過兩個外部引腳和一個SPI位進行訪問。

4.2 各工作模式解析

• 上電復位（POR）：當 (V{S}>V{UVON}) 時，芯片開始工作，讀取測試引腳并開啟 (V{cc 1 mu C}) 。當 (V{cc 1 mu C}) 達到復位閾值 (V{RT1}) ，復位輸出保持激活 (t{RD 1}) ，芯片進入初始化模式。
• 初始化模式：芯片啟動后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模塊不活躍，Limp Home輸出無效。若在256ms內未收到正確的SPI命令，芯片將進入重啟模式并激活Limp Home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_{oc3}) 可通過SPI命令開啟或關閉。看門狗需要觸發，所有喚醒源可被禁止，Limp Home輸出可通過SPI命令啟用或禁用。
• 睡眠模式：實現最低功耗，主和外部電壓調節器關閉，集成看門狗禁用，CAN和LIN模塊處于可喚醒或關閉模式，Limp Home輸出保持不變。若有喚醒事件，芯片自動進入重啟模式。
• 停止模式：作為低功耗模式， (V_{cc1 mu C}) 保持活躍，其他電壓調節器可開啟或關閉。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，看門狗不能關閉，芯片保持正常模式。
• 軟件閃存模式：與正常模式在電壓調節器方面類似，Limp Home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。
• 重啟模式：用于重置微控制器，可由多種原因觸發，如欠壓、看門狗觸發失敗等。芯片自動進入正常模式，釋放復位輸出，首次SPI輸出數據提供進入重啟模式的原因。
• 故障安全模式：所有電壓調節器關閉，收發器處于可喚醒模式，Limp Home輸出激活。進入該模式的條件包括看門狗觸發失敗、 (V_{oc1 mu C}) 欠壓超時、溫度關機等。
• 軟件開發模式：當測試引腳連接到GND時進入，該模式是其他模式的超集，在看門狗觸發失敗時不產生復位， (V_{CC 1 mu C}) 不關閉。
• 工廠閃存模式：芯片完全斷電，微控制器由外部供電。該模式在 (V{CC 1 mu C}) 由外部供電且 (V{s}) 未供電時檢測到。

五、主要功能模塊

5.1 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 } = 5.0V) ，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。
• 外部電壓調節器：通過SPI激活，驅動外部PNP晶體管以增加輸出電流靈活性。輸入電壓調節到 (V_{Q, nom } = 5.0V) ，精度為 +4% ，輸出電流通過外部分流電阻監測。

5.2 CAN收發器

• 高速CAN描述：支持高達1Mbaud的高速差分數據傳輸和接收，符合ISO 11898 - 2和11898 - 5以及SAE J2284標準。提供低功耗模式，支持軟件診斷功能，可通過總線消息喚醒。
• 工作模式：包括正常模式、可喚醒模式、關閉模式和接收僅模式。不同模式下，收發器的工作狀態和功能有所不同，可根據實際需求進行切換。
• 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措施，如切換到接收僅模式。

5.3 LIN收發器

• LIN描述：作為協議控制器和物理總線之間的接口，兼容LIN 2.1和SAE J2602 - 2標準。提供LIN可喚醒模式和關閉模式，具有總線短路到GND保護功能，通過斜率控制機制實現良好的EMC性能。
• 工作模式：包括正常模式、低斜率模式、關閉模式、可喚醒模式、接收僅模式和閃存模式。不同模式下，收發器的傳輸速率和功能有所不同。
• 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隱性鉗位等故障檢測功能，檢測到故障后會自動切換到接收僅模式。

5.4 監督功能

• 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引腳具有集成上拉電阻。
• 看門狗：支持窗口看門狗和超時看門狗，可通過SPI編程設置。看門狗需要定期觸發，否則芯片將進入重啟或故障安全模式。

5.5 中斷功能

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，中斷可在正常和停止模式下使用。

5.6 Limp Home功能

Limp Home輸出用于在微控制器故障時控制安全關鍵功能，包括Limp Home輸出、LH_SI輸出和LH_PL輸出。該功能可通過故障條件或SPI激活，在特定條件下釋放。

六、SPI接口

6.1 SPI描述

芯片采用16位寬的控制輸入字，通過數據輸入SDI讀取，與微控制器提供的時鐘輸入CLK同步。輸出字在數據輸出SDO同步出現，傳輸周期在芯片選擇輸入CSN為低電平時開始。

6.2 SPI數據編碼

SPI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。工程師需要了解這些編碼規則，以便正確配置和監控芯片。

七、應用信息

7.1 應用示例

數據手冊提供了一個車身控制器模塊的應用示例，包括電路原理圖和物料清單。工程師可根據實際需求進行調整和優化。

7.2 注意事項

在使用芯片時，需要注意絕對最大額定值、功能范圍、熱特性、電流消耗等參數。同時，對于ESD測試、SBC工廠閃存模式等特殊情況，也需要遵循相應的操作要求。

八、總結

TLE8263 - 2E通用系統基礎芯片HERMES是一款功能強大、性能出色的汽車電子芯片，適用于CAN - LIN汽車應用。通過深入了解其結構、工作模式和功能模塊，電子工程師可以充分發揮芯片的優勢，設計出更加可靠和高效的汽車電子系統。在實際應用中，工程師還需要根據具體需求進行合理配置和優化，確保系統的穩定性和安全性。

你在使用TLE8263 - 2E芯片時遇到過哪些問題？你對芯片的哪些功能最感興趣？歡迎在評論區分享你的經驗和想法。