Infineon TLE9832微控制器：汽車應(yīng)用的理想之選

在汽車電子領(lǐng)域，微控制器扮演著至關(guān)重要的角色。今天，我們就來深入探討英飛凌（Infineon）的TLE9832微控制器，它專為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)，集成了豐富的功能和出色的性能。

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1. 功能特性概述

1.1 高性能核心

TLE9832采用高性能的XC800核心，與標(biāo)準(zhǔn)的8051核心兼容，最高時鐘頻率可達(dá)40 MHz，采用兩時鐘周期的機(jī)器周期架構(gòu)，擁有兩個數(shù)據(jù)指針。這種架構(gòu)使得它在處理速度和數(shù)據(jù)處理能力上表現(xiàn)出色，能夠滿足汽車應(yīng)用中復(fù)雜的控制和計(jì)算需求。

1.2 豐富的片上內(nèi)存

它具備32 kByte + 4 kByte的Flash用于程序代碼和數(shù)據(jù)存儲，其中4 kByte支持EEPROM仿真。此外，還有512 Byte的一次性可編程內(nèi)存（OTP）、512 Byte的100次可編程內(nèi)存（100TP）、256 Byte的RAM和3 kByte的XRAM，以及用于啟動固件和Flash例程的BootROM。豐富的內(nèi)存配置為程序的存儲和運(yùn)行提供了充足的空間。

1.3 電源管理與時鐘系統(tǒng)

核心邏輯供電為1.5 V，片上集成了OSC和PLL用于時鐘生成，并且具備時鐘丟失檢測功能，在出現(xiàn)時鐘丟失時能進(jìn)入故障安全模式，確保電源開關(guān)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.4 定時器與中斷系統(tǒng)

擁有五個16位定時器（Timer 0、Timer 1、Timer 2、Timer 21和Timer 3），以及用于PWM信號生成的捕獲/比較單元（CCU6）。中斷系統(tǒng)支持14個中斷向量，具有四個優(yōu)先級級別，能夠及時響應(yīng)各種外部和內(nèi)部事件。

1.5 通信接口

具備全雙工串行接口（UART）并支持LIN通信，還有同步串行通道（SSC），方便與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。LIN收發(fā)器符合LIN 1.3、LIN 2.0和LIN 2.1標(biāo)準(zhǔn)，為汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信提供了可靠的支持。

1.6 功率開關(guān)

集成了2個具有鉗位能力和PWM功能的低側(cè)開關(guān)，可作為繼電器驅(qū)動器；1個具有循環(huán)檢測選項(xiàng)和PWM功能的高側(cè)開關(guān)，適用于LED驅(qū)動或?yàn)槠渌_關(guān)供電。

1.7 測量單元

測量單元包含10個通道的8位A/D轉(zhuǎn)換器（ADC2）和8個通道的10位A/D轉(zhuǎn)換器（ADC1），可對電池電壓和電源電壓進(jìn)行測量，還具備數(shù)據(jù)后處理功能。

1.8 其他特性

支持單電源供電，電壓范圍為3.0 V至27 V，具備低壓差電壓調(diào)節(jié)器（LDO）和專用的5 V電壓調(diào)節(jié)器為外部負(fù)載供電。可編程窗口看門狗（WDT1）擁有獨(dú)立的片上時鐘源，還具備多種電源節(jié)省模式，如MCU減速模式、停止模式、睡眠模式，以及在停止模式和睡眠模式下的循環(huán)喚醒和循環(huán)檢測功能。此外，還具備上電和欠壓/掉電復(fù)位生成、過溫保護(hù)和過流保護(hù)等功能。

2. 引腳配置與功能

2.1 引腳配置

TLE9832采用VQFN - 48 - 22和VQFN - 48 - 29封裝，引腳分布清晰，涵蓋了電源引腳、輸入輸出引腳、時鐘引腳等。例如，VS為電池供電輸入，VDDP為I/O端口供電（5.0 V），VDDC為核心供電（1.5 V），VDDEXT為外部電壓輸出（5.0 V）等。

2.2 引腳功能

復(fù)位后，除電源和LIN引腳外，所有引腳默認(rèn)配置為輸入，可設(shè)置為上拉、下拉、高阻態(tài)等。不同引腳具有多種復(fù)用功能，如P0端口為6位雙向通用I/O端口，可用于DAP、CCU6、定時器、UART、SSC等功能；P1端口為5位雙向通用I/O端口；P2端口為5位通用輸入端口，同時可作為10位ADC（ADC1）的模擬輸入。

3. 功能模塊詳細(xì)介紹

3.1 電源管理單元（PMU）

PMU的主要作用是確保嵌入式汽車系統(tǒng)的故障安全運(yùn)行。它控制所有系統(tǒng)模式及其轉(zhuǎn)換，負(fù)責(zé)為嵌入式MCU（VDDC、VDDP）和外部傳感器（VDDEXT）提供所需的電壓供應(yīng)。PMU內(nèi)部包含多個子模塊，如獨(dú)立的電源生成模塊、時鐘源模塊、電壓調(diào)節(jié)器模塊等，通過有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模式的轉(zhuǎn)換和復(fù)位優(yōu)先級的控制。

3.2 系統(tǒng)控制單元

3.2.1 電源模塊

包括復(fù)位控制單元（RCU）、時鐘生成單元（CGU）、中斷控制單元（ICU）、電源控制單元（PCU）、系統(tǒng)狀態(tài)單元（SSU）和外部看門狗（WDT1）。這些單元協(xié)同工作，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和故障處理。

3.2.2 數(shù)字部分

支持中央控制任務(wù)，包括時鐘系統(tǒng)和控制、復(fù)位控制、電源管理、中斷管理、通用端口控制、靈活的外設(shè)管理、模塊暫停控制、看門狗定時器、XRAM尋址模式、數(shù)據(jù)內(nèi)存中的錯誤檢測和糾正等功能。

3.3 XC800核心

XC800核心是一個高性能的CPU核心，功能上向上兼容8051。它采用兩時鐘周期的機(jī)器周期，指令集包含45%的單字節(jié)指令、41%的雙字節(jié)指令和14%的三字節(jié)指令，每個指令執(zhí)行需要1、2或4個機(jī)器周期。通過專用的DAP接口，支持基本的停止/啟動、單步執(zhí)行、斷點(diǎn)支持以及對數(shù)據(jù)內(nèi)存、程序內(nèi)存和特殊功能寄存器的讀寫訪問等調(diào)試功能。

3.4 內(nèi)存架構(gòu)

TLE9832的CPU在多個內(nèi)存空間中操作，包括36 kByte的Flash內(nèi)存、BootROM內(nèi)存、256 Byte的內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)內(nèi)存、3 kByte的XRAM內(nèi)存、128 Byte的特殊功能寄存器SFR和256 Byte的特殊功能寄存器XSFR。不同的內(nèi)存空間為程序的存儲和運(yùn)行提供了多樣化的選擇。

3.5 看門狗定時器

3.5.1 看門狗定時器1（WDT1）

在活躍模式下，WDT1作為窗口看門狗定時器，提供了一種高度可靠和安全的方式來從軟件或硬件故障中恢復(fù)。上電、復(fù)位、喚醒后有一個長開放窗口（80ms），短開放窗口（30ms）便于Flash編程。在睡眠模式、停止模式和OCDS模式下，WDT1被禁用。

3.5.2 看門狗定時器（WDT）

WDT是系統(tǒng)控制單元（SCU）中的一個子模塊，用于檢測和恢復(fù)軟件或硬件故障。默認(rèn)情況下，WDT是禁用的，在調(diào)試模式下，WDT默認(rèn)暫停計(jì)數(shù)。它是一個16位定時器，可通過編程設(shè)置重載值和窗口邊界，選擇輸入頻率。

3.6 中斷系統(tǒng)

TLE9832支持14個中斷向量，具有四個優(yōu)先級級別。其中11個中斷向量分配給片上外設(shè)，2個分配給外部中斷，1個分配給XINT中斷事件。非屏蔽中斷（NMI）具有最高優(yōu)先級，由多個事件共享，如看門狗定時器溢出警告、PLL失鎖、Flash操作完成等。

3.7 乘法/除法單元（MDU）

MDU提供快速的16位乘法、16位和32位除法以及移位和歸一化功能，用于支持TLE9832核心在實(shí)時控制應(yīng)用中的快速數(shù)學(xué)計(jì)算。

3.8 并行端口

TLE9832有16個端口引腳，分為三個并行端口（P0、P1和P2）。P0和P1是雙向端口，可作為通用輸入輸出（GPIO）或用于片上外設(shè)的替代輸入輸出功能，可配置引腳方向、上拉/下拉設(shè)備、開漏模式和驅(qū)動強(qiáng)度。P2是輸入端口，可用于模擬輸入。

3.9 定時器

3.9.1 Timer 0和Timer 1

可作為定時器或計(jì)數(shù)器，有四種操作模式，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行配置。

3.9.2 Timer 2和Timer 21

16位通用定時器，有16位自動重載模式和16位單通道捕獲模式兩種操作模式。

3.9.3 Timer 3

可作為定時器或計(jì)數(shù)器，有四種操作模式，可用于不同的測量和控制任務(wù)。

3.10 捕獲/比較單元6（CCU6）

由Timer T12塊和Timer T13塊組成，T12塊有三個捕獲/比較通道，T13塊有一個比較通道。可獨(dú)立生成PWM信號或接受捕獲觸發(fā)，也可聯(lián)合生成控制信號模式，用于驅(qū)動交流電機(jī)或逆變器。

3.11 UART

提供全雙工異步接收/發(fā)送功能，可同時進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。具有多種操作模式，支持8位或9位數(shù)據(jù)幀，固定或可變波特率，接收緩沖，多處理器通信，數(shù)據(jù)傳輸或接收完成時可生成中斷。

3.12 LIN收發(fā)器

符合LIN 1.3、LIN 2.0和LIN 2.1標(biāo)準(zhǔn)，作為協(xié)議控制器和物理網(wǎng)絡(luò)之間的總線驅(qū)動器。提供多種操作模式，包括睡眠模式和正常操作模式，集成斜率控制，支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速率，還具備Flash模式，最高可達(dá)115 kBaud。

3.13 高速同步串行接口（SSC）

支持全雙工和半雙工同步通信，可作為主模式或從模式運(yùn)行。數(shù)據(jù)寬度、移位方向、時鐘極性和相位均可編程，可與SPI兼容設(shè)備或其他同步串行接口設(shè)備進(jìn)行通信。

3.14 測量單元

包括1個8位ADC（ADC2）和1個10位ADC（ADC1），以及監(jiān)測輸入電壓衰減器、電源電壓衰減器、溫度傳感器等模塊。可對多種電壓進(jìn)行測量和處理，保證系統(tǒng)的功能安全。

3.15 高壓監(jiān)測輸入

用于監(jiān)測外部電壓水平，可檢測高于或低于指定閾值的電壓，也可在低功耗模式下檢測喚醒事件。每個輸入對輸入電平監(jiān)測敏感，在模塊切換到活躍模式時可使用。

3.16 高側(cè)開關(guān)

適用于電阻性負(fù)載連接，可在系統(tǒng)的睡眠模式或停止模式下進(jìn)行循環(huán)開關(guān)激活。具備過流檢測、開路負(fù)載檢測、PWM功能等，輸出具有較強(qiáng)的魯棒性。

3.17 低側(cè)開關(guān)

用于控制板載繼電器，具備過流保護(hù)和過溫保護(hù)功能，可作為PWM繼電器驅(qū)動器或簡單繼電器驅(qū)動器，集成鉗位功能。

3.18 PWM發(fā)生器

提供最多兩個可配置的PWM通道，用于驅(qū)動低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)，可編程調(diào)制頻率和占空比。

3.19 調(diào)試系統(tǒng)

片上調(diào)試支持（OCDS）為基于XC800的系統(tǒng)提供軟件開發(fā)和調(diào)試的基本功能。通過DAP接口，可設(shè)置指令地址和內(nèi)存地址范圍的斷點(diǎn)，支持在Flash/RAM代碼區(qū)域設(shè)置無限數(shù)量的軟件斷點(diǎn)，可單步執(zhí)行程序代碼。

4. 應(yīng)用信息

4.1 電動驅(qū)動應(yīng)用

TLE9832可用于控制直流刷電機(jī)，通過兩個低側(cè)開關(guān)控制繼電器，外部FET可根據(jù)微控制器的CCU6模塊生成的PWM信號控制車窗升降電機(jī)。

4.2 引腳連接建議

• N.C.引腳：建議將N.C.引腳連接到GND，除非另有說明。引腳10和46由于靠近高壓引腳，可選擇不連接，以避免短路時大電流流動和系統(tǒng)損壞。
• ADCGND引腳：ADCGND引腳內(nèi)部連接到參考地，為了提供完整的偏移補(bǔ)償和實(shí)現(xiàn)ADC1的全精度，應(yīng)僅通過一個100 nF的電容連接到VAREF。
• 暴露焊盤：建議將暴露焊盤連接到GND。

4.3 外部組件建議

為了保證TLE9832的正常運(yùn)行，需要在相關(guān)引腳連接合適的外部組件，如在VS、VDDP、VDDEXT、VDDC、VAREF等引腳連接合適的電容，在HSx、MONx、VBAT_SENSE等引腳連接合適的電阻和電容。

4.4 ESD測試

TLE9832進(jìn)行了ESD魯棒性測試，測試結(jié)果和條件可在測試報告中獲取。

5. 電氣特性

5.1 一般特性

5.1.1 絕對最大額定值

規(guī)定了器件在各種電壓、溫度、ESD等方面的最大承受值，超過這些值可能會導(dǎo)致器件永久損壞。例如，電源電壓VS的范圍為 -0.3 V至40 V， junction溫度范圍為 -40 °C至150 °C等。

5.1.2 功能范圍

定義了器件在不同模式下的工作電壓范圍、輸出電流、工作頻率等參數(shù)，確保器件在規(guī)定的范圍內(nèi)正常工作。

5.1.3 電流消耗

給出了器件在活躍模式、停止模式、睡眠模式等不同模式下的電流消耗情況，方便工程師進(jìn)行功耗設(shè)計(jì)。

5.1.4 熱阻

規(guī)定了器件的結(jié)到環(huán)境的熱阻，有助于工程師進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)。

5.1.5 時序特性

定義了系統(tǒng)模式之間的轉(zhuǎn)換時間，如喚醒時間、睡眠模式退出時間、停止模式退出時間等。

5.2 電源管理單元（PMU）

詳細(xì)說明了PMU的各個電壓調(diào)節(jié)器（VDDP、VDDC、VDDEXT）的輸出電流、輸出電容、輸出電壓、動態(tài)負(fù)載調(diào)節(jié)、動態(tài)線調(diào)節(jié)、過壓檢測、欠壓復(fù)位、過流關(guān)斷等參數(shù)。

5.3 系統(tǒng)時鐘

包括振蕩器和PLL的頻率范圍、啟動時間、抖動等參數(shù)，以及外部時鐘參數(shù)XTAL1和XTAL2的輸入電壓范圍、頻率范圍、高低時間等。

5.4 Flash參數(shù)

規(guī)定了Flash的編程時間、擦除時間、數(shù)據(jù)保留時間、擦除耐久性等參數(shù)。

5.5 并行端口（GPIO）

說明了GPIO的功能范圍和直流參數(shù)，如輸出電流、輸入電壓、輸入滯后、輸出電壓、輸入泄漏電流等。

5.6 LIN收發(fā)器

詳細(xì)列出了LIN收發(fā)器的電氣特性，包括總線接收器接口、總線發(fā)送器接口、交流特性等參數(shù)，如接收器閾值電壓、總線短路電流、傳播延遲等。

5.7 高速同步串行接口（SSC）

給出了SSC在主模式下的時序參數(shù)，如SCLK時鐘周期、MTSR延遲、MRST設(shè)置和保持時間等。

5.8 測量單元

5.8.1 8位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC2）

規(guī)定了ADC2的分辨率、偏移誤差、增益、輸入電壓范圍、增益誤差、非線性等參數(shù)。

5.8.2 測量單元（VBAT_SENSE - 電源電壓衰減器）

給出了電池電壓測量、測量輸入電阻、測量輸入泄漏電流、測量精度等參數(shù)。

5.8.3 測量功能監(jiān)測輸入電壓衰減器

規(guī)定了輸入電阻、模擬多路復(fù)用器建立時間、測量精度等參數(shù)。

5.8.4 溫度傳感器模塊

給出了溫度傳感器的線性溫度范圍、輸出電壓、溫度靈敏度、精度等參數(shù)。

5.9 10位ADC

5.9.1 VAREF

說明了VAREF的功能范圍和電氣特性，如輸入電壓、輸出電容、參考輸出電壓、電源電壓抑制等參數(shù)。

5.9.2 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器參數(shù)

規(guī)定了ADC的模擬參考供應(yīng)、模擬參考地、模擬輸入電壓范圍、模擬時鐘頻率、轉(zhuǎn)換時間、總未調(diào)整誤差、DNL誤差、INL誤差、增益誤差、偏移誤差等參數(shù)。

5.10 高壓監(jiān)測輸入

給出了喚醒/監(jiān)測閾值電壓、閾值滯后、上拉/下拉電流、輸入泄漏電流等參數(shù)。

5.11 高側(cè)開關(guān)

5.11.1 功能范圍

規(guī)定了高側(cè)開關(guān)的標(biāo)稱工作電壓、睡眠/停止模式下的電流范圍、PWM頻率等參數(shù)。

5.11.2 電氣特性

詳細(xì)列出了高側(cè)開關(guān)的輸出電壓、導(dǎo)通電阻、輸出泄漏電流、輸出斜率、開關(guān)時間、負(fù)載電流限制、過流檢測、開路負(fù)載檢測等參數(shù)。

5.12 低側(cè)開關(guān)

5.12.1 功能范圍

規(guī)定了低側(cè)開關(guān)的標(biāo)稱工作電壓、PWM頻率等參數(shù)。

5.12.2 電氣特性

給出了低側(cè)開關(guān)的過流限制、導(dǎo)通電阻、泄漏電流、開關(guān)時間、最小占空比脈沖寬度變化、齊納鉗位電壓、鉗位能量等參數(shù)。

6. 總結(jié)

英飛凌的TLE9832微控制器是一款功能強(qiáng)大、性能出色的汽車應(yīng)用微控制器。它集成了豐富的功能模塊，具備高性能的核心、多樣化的內(nèi)存配置、完善的電源管理和通信接口，能夠滿足汽車電子系統(tǒng)對可靠性、安全性和性能的要求。通過合理的引腳連接和外部組件配置，以及對其電氣特性的充分了解，工程師可以設(shè)計(jì)出高效、穩(wěn)定的汽車電子系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場景，充分發(fā)揮TLE9832的優(yōu)勢，為汽車電子的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。你在使用TLE9832的