Infineon TLE8264-2E：通用系統基礎芯片HERMES深度解析

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（Infineon）的TLE8264-2E作為一款通用系統基礎芯片HERMES，具有眾多卓越特性，能夠滿足CAN - LIN汽車應用的多種需求。接下來，我們將對TLE8264-2E進行全面解析。

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一、HERMES概述

1.1 產品家族與特性

HERMES系列是一個可擴展的系統基礎芯片家族，共有六款產品，能實現完整的可擴展應用覆蓋，且整個家族在硬件和軟件方面具有完全兼容性。TLE8264-2E屬于該家族，采用PG - DSO - 36 - 38封裝。其基本特性包括極低的靜態電流（在停止和睡眠模式下）、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、過溫和短路保護、對GND和電池的短路保護、一個通用喚醒輸入、寬輸入電壓和溫度范圍、停止模式下的循環喚醒等，并且是符合RoHS標準的綠色產品，通過了AEC認證。

1.2 功能描述

該芯片專為CAN - LIN汽車應用設計，如車身控制器、網關應用等。它提供了多種主要功能，包括用于數據傳輸的HS - CAN收發器和LIN收發器、用于外部5V電源的低壓差電壓調節器（LDO）、用于控制和監控設備的16位串行外設接口（SPI），還實現了帶復位功能的超時或窗口看門狗電路、跛行回家電路輸出以及欠壓復位功能。同時，它提供低功耗模式，支持永久連接到電池的應用，可通過總線上的消息、雙電平敏感監控/喚醒輸入以及SPI命令從低功耗模式喚醒，且每個喚醒源都可被禁用。

二、芯片結構與引腳配置

2.1 框圖

芯片的簡化框圖展示了其基本元素，包括內部電壓調節器、CAN和LIN收發器、狀態機、SPI接口等。這些元素協同工作，實現了芯片的各項功能。

2.2 引腳配置

TLE8264-2E共有36個引腳，每個引腳都有特定的功能。例如，RO引腳是復位輸入/輸出，采用開漏輸出，有集成上拉電阻，低電平有效；CSN引腳是SPI片選輸入，低電平有效；CLK引腳是SPI時鐘輸入等。詳細的引腳定義和功能確保了芯片與外部設備的準確連接和通信。

三、狀態機

3.1 模式概述

系統基礎芯片（SBC）提供了十種工作模式，包括上電復位（POR）、初始化（Init）、正常（Normal）、重啟（Restart）、軟件閃存（Software Flash）、睡眠（Sleep）、停止（Stop）、故障安全（Fail - Safe）、軟件開發（Software Development）和工廠閃存（Factory Flash）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進行控制，同時還允許通過兩個外部引腳和一個SPI位訪問五種配置。

3.2 各模式詳細解析

• 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})。當(V{cc 1 mu C})達到復位閾值(V{RT 1})時，復位輸出保持激活(t{RD 1})時間，然后進入初始化模式。
• 初始化（Init）：進入該模式后，SBC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模塊以及跛行回家輸出均處于非活動狀態。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（Normal）：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。看門狗需要觸發，可配置為窗口看門狗或超時看門狗，所有喚醒源可被禁用，跛行回家輸出可通過SPI命令啟用或禁用。
• 睡眠（Sleep）：通過關閉主電壓和外部電壓調節器實現最低功耗。微控制器不供電，集成看門狗禁用，CAN和LIN模塊處于可喚醒或關閉模式，跛行回家輸出保持不變。若有喚醒事件，將自動進入重啟模式。
• 停止（Stop）：作為低功耗模式，(V_{cc1 mu C})保持激活，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，看門狗不能禁用，SBC將保持正常模式。
• 軟件閃存（Software Flash）：與正常模式在電壓調節器方面相似，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（Restart）：有多種進入原因，目的是復位微控制器。進入該模式后，SBC會自動進入正常模式，復位輸出（RO）釋放，第一個SPI輸出數據將提供進入重啟模式的原因。
• 故障安全（Fail - Safe）：所有電壓調節器關閉，收發器處于可喚醒模式，跛行回家輸出激活。進入該模式的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})過熱關機以及復位鉗位等。
• 軟件開發（Software Development）：當測試引腳在通電時連接到GND（配置0激活），SBC進入該模式。在此模式下，不會因看門狗觸發失敗而產生復位，(V_{CC 1 mu C})不會關閉。
• 工廠閃存（Factory Flash）：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})未由外部供電時進入該模式，需注意電流和電壓的限制。

四、主要功能模塊

4.1 內部電壓調節器

內部電壓調節器是雙低壓差電壓調節器，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，可通過SPI配置上電時序和輸出電壓監控。在(V{s})低于(V{UV_OFF})時，電壓調節器的DMOS切換到高阻抗狀態。

4.2 外部電壓調節器

(V{cc3})通過SPI激活，外部電壓調節器電路用于驅動外部PNP晶體管以增加輸出電流靈活性。輸入電壓調節到(V{Q, nom}=5.0 V)，精度為±4%，輸出電流通過外部分流電阻監控。當電池電壓低于最小工作電壓時，外部電壓調節器關閉。

4.3 高速CAN收發器

CAN收發器提供高速（HS）差分模式數據傳輸和接收，符合ISO 11898 - 2和11898 - 5以及SAE J2284標準。具有低功耗模式，支持軟件診斷功能，可通過總線上的消息從CAN可喚醒模式喚醒。提供多種工作模式，包括正常模式、可喚醒模式、關閉模式和僅接收模式，并具備故障檢測功能，如TxD超時、總線主導鉗位、TxD到RxD短路、過熱、永久RxD隱性鉗位和(V_{cchSCAN})欠壓等。

4.4 LIN收發器

LIN收發器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。提供LIN可喚醒模式和LIN關閉模式以降低電流消耗，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。具備多種工作模式，包括正常模式、低斜率模式、關閉模式、可喚醒模式、僅接收模式和閃存模式，并具備故障檢測功能，如TxD超時、總線主導鉗位、TxD到RxD短路、過熱和永久RxD隱性鉗位等。

4.5 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，復位信號初始為低電平。復位閾值和復位延遲時間可通過SPI調整，RO引腳有集成上拉電阻。同時，RO引腳會對短路到(V_{CCX})和GND進行診斷，根據配置，RO故障時SBC會進入故障安全或重啟模式并激活跛行回家輸出。
• 看門狗：有窗口看門狗和超時看門狗兩種類型，可通過SPI編程實現。在不同的SBC模式下，看門狗的功能和設置有所不同。看門狗通過SPI位觸發，需按正確頻率切換。在軟件開發模式下，不會因看門狗故障產生復位，故障通過SPI復位位和INT引腳指示。

4.6 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情況。所有中斷源可通過SPI位屏蔽，不同的中斷源有不同的觸發條件和處理方式。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。

4.7 跛行回家功能

跛行回家輸出是一個低電平有效的開漏晶體管，用于控制安全關鍵功能，如在微控制器故障時打開或關閉關鍵負載。其激活原因包括故障條件或通過SPI命令，在(V{s})低于(V{LHVV})時無法激活，保持高阻抗。同時，還有跛行回家側指示燈輸出（LH_SI）和LH_PL（脈沖光）輸出，分別提供特定頻率和占空比的信號。

4.8 串行外設接口（SPI）

SPI是一個16位寬的控制輸入接口，通過數據輸入SDI讀取數據，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。SPI可實現對SBC的各種配置和監控，包括模式選擇、看門狗設置、中斷控制等。

五、應用信息

5.1 應用示例

文檔提供了一個車身控制器模塊的應用示例，包括詳細的電路原理圖和物料清單。物料清單中列出了各種電容、電阻、有源元件等的選型和用途，為實際應用提供了參考。

5.2 熱特性曲線

給出了ZthJA曲線，展示了不同冷卻面積下的熱阻隨時間的變化情況，有助于工程師在設計時考慮芯片的散熱問題。

5.3 工廠閃存模式提示

在工廠閃存模式下，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。該模式適用于模塊生產過程中的微控制器閃存操作。

5.4 ESD測試

進行了ESD魯棒性測試，結果顯示CANH、CANL、BUSx、Vs引腳相對于GND的ESD接觸放電測試中，正脈沖大于8kV，負脈沖小于 - 8kV。

六、總結

英飛凌的TLE8264-2E通用系統基礎芯片HERMES具有豐富的功能和卓越的性能，適用于多種CAN - LIN汽車應用。其多種工作模式、完善的保護機制和靈活的配置方式，為工程師在汽車電子設計中提供了強大的支持。在實際應用中，工程師需要根據具體需求合理配置芯片的各項參數，確保系統的穩定性和可靠性。同時，要注意芯片的熱管理和ESD防護等問題，以提高系統的整體性能。