深入解析TLE8261 - 2E通用系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引言

在汽車電子領(lǐng)域，系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC）扮演著至關(guān)重要的角色。英飛凌的TLE8261 - 2E作為一款通用系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片，為CAN - LIN汽車應(yīng)用（如車身控制器、網(wǎng)關(guān)應(yīng)用）提供了全面的解決方案。本文將深入剖析TLE8261 - 2E的各項(xiàng)特性、工作模式以及應(yīng)用要點(diǎn)，幫助電子工程師更好地理解和應(yīng)用這款芯片。

文件下載：TLE8261-2E.pdf

一、HERMES概述

1.1 可擴(kuò)展系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片家族

TLE8261 - 2E屬于可擴(kuò)展系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片家族，該家族共有八款產(chǎn)品，能實(shí)現(xiàn)完整的可擴(kuò)展應(yīng)用覆蓋，且家族內(nèi)產(chǎn)品在硬件和軟件上完全兼容。不同型號(hào)在LIN單元數(shù)量和跛行回家輸出數(shù)量上有所差異，TLE8261 - 2E無LIN單元，具備3個(gè)跛行回家輸出。

1.2 基本特性

• 低功耗：在停止和睡眠模式下具有極低的靜態(tài)電流，有助于降低系統(tǒng)功耗。
• 復(fù)位功能：具備復(fù)位輸入和輸出，以及上電和可擴(kuò)展欠壓復(fù)位發(fā)生器，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
• 通信接口：采用標(biāo)準(zhǔn)的16位SPI接口，方便與微控制器進(jìn)行通信。
• 保護(hù)功能：擁有過溫、短路保護(hù)，且短路時(shí)對(duì)GND和電池具有防護(hù)能力。
• 喚醒功能：具備一個(gè)通用喚醒輸入，支持通過總線消息、SPI命令等方式從低功耗模式喚醒。
• 其他特性：具有寬輸入電壓和溫度范圍、停止模式下的循環(huán)喚醒功能，是符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的綠色產(chǎn)品，且通過了AEC認(rèn)證。

1.3 功能描述

該芯片主要提供HS - CAN收發(fā)器用于數(shù)據(jù)傳輸、低壓差電壓調(diào)節(jié)器（LDO）為外部5V電源供電，以及16位SPI接口用于控制和監(jiān)控設(shè)備。此外，還集成了超時(shí)或窗口看門狗電路、跛行回家電路輸出和欠壓復(fù)位功能。

二、芯片結(jié)構(gòu)與引腳配置

2.1 簡(jiǎn)化框圖

TLE8261 - 2E的簡(jiǎn)化框圖展示了其基本組成部分，包括電壓調(diào)節(jié)器、SPI接口、CAN單元、中斷控制、復(fù)位發(fā)生器等。這些模塊協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)芯片的各項(xiàng)功能。

2.2 引腳配置

芯片采用PG - DSO - 36 - 38封裝，各引腳具有明確的功能定義：

• 復(fù)位引腳（RO）：復(fù)位輸入/輸出，開漏輸出，內(nèi)置上拉電阻，低電平有效。
• SPI相關(guān)引腳（CSN、CLK、SDI、SDO）：用于SPI通信，實(shí)現(xiàn)芯片與微控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸。
• 電壓調(diào)節(jié)器引腳（Vcc1μC、Vcc2、Vcc3等）：提供不同的電壓輸出，為外部設(shè)備供電。
• CAN相關(guān)引腳（CANH、CANL、SPLIT等）：用于CAN總線通信，支持高速數(shù)據(jù)傳輸。
• 喚醒引腳（WK）：雙電平敏感輸入，用于監(jiān)控外部信號(hào)并實(shí)現(xiàn)喚醒功能。
• 跛行回家相關(guān)引腳（Limp Home、LH_SI、LH_PL/Test）：用于控制安全關(guān)鍵功能，在微控制器故障時(shí)發(fā)揮作用。

三、狀態(tài)機(jī)與工作模式

3.1 狀態(tài)機(jī)描述

TLE8261 - 2E具有十種工作模式，包括上電復(fù)位、初始化、正常、重啟、軟件閃存、睡眠、停止、故障安全、軟件開發(fā)和工廠閃存模式。這些模式通過一個(gè)測(cè)試引腳和SPI內(nèi)的三個(gè)模式選擇位（MS2..0）進(jìn)行控制，同時(shí)還支持五種配置，可通過兩個(gè)外部引腳和一個(gè)SPI位訪問。

3.2 各工作模式詳解

• 上電復(fù)位（POR）：當(dāng)(V{S}>V{UVON})時(shí)，芯片開始工作，讀取測(cè)試引腳并開啟(V{cc 1 mu C})。當(dāng)(V{cc 1 mu C})達(dá)到復(fù)位閾值(V{RT 1})時(shí)，復(fù)位輸出保持激活(t{RD 1})時(shí)間，然后進(jìn)入初始化模式。
• 初始化模式（Init）：芯片啟動(dòng)后讀取測(cè)試引腳，等待微控制器完成啟動(dòng)和初始化序列。(V_{cc 2 / 3})關(guān)閉，看門狗可配置但未激活，CAN和跛行回家輸出均無效。若在復(fù)位松弛后的256ms內(nèi)未收到有效的SPI命令，芯片將進(jìn)入重啟模式并激活跛行回家輸出。
• 正常模式（Normal）：用于CAN消息的收發(fā)。(V{cc 1 mu C})始終開啟，(V{cc 2})和(V_{cc3})可通過SPI命令開啟或關(guān)閉?？撮T狗需要觸發(fā)，可配置為窗口看門狗或超時(shí)看門狗。所有喚醒源可在該模式下禁用，跛行回家輸出可通過SPI命令啟用或禁用。
• 睡眠模式（Sleep）：通過關(guān)閉主電壓和外部電壓調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)最低功耗。微控制器不供電，集成看門狗禁用，最后一次看門狗配置不保存。CAN模塊處于可喚醒或關(guān)閉模式，跛行回家輸出狀態(tài)不變。若發(fā)生喚醒事件，芯片自動(dòng)進(jìn)入重啟模式。
• 停止模式（Stop）：作為低功耗模式，(V_{cc1 mu C})保持激活，其他電壓調(diào)節(jié)器可開啟或關(guān)閉。看門狗可使用或關(guān)閉，若使用則保留正常模式下的設(shè)置。CAN可選擇關(guān)閉或作為喚醒源。若所有喚醒源禁用，看門狗不能禁用，芯片保持正常模式。
• 軟件閃存模式（Software Flash）：與正常模式在電壓調(diào)節(jié)器方面類似。跛行回家輸出可通過SPI設(shè)置為低電平有效，CAN通信激活以接收閃存數(shù)據(jù)。看門狗配置固定為進(jìn)入該模式前的設(shè)置。
• 重啟模式（Restart）：用于復(fù)位微控制器，可由多種原因觸發(fā)，如欠壓、看門狗觸發(fā)失敗等。從該模式自動(dòng)進(jìn)入正常模式，延遲時(shí)間(t_{RDx})可通過SPI的“復(fù)位延遲”位編程。
• 故障安全模式（Fail - Safe）：所有電壓調(diào)節(jié)器關(guān)閉，收發(fā)器處于可喚醒模式，跛行回家輸出激活。進(jìn)入該模式的條件包括看門狗觸發(fā)失敗、(V_{oc1 mu C})欠壓超時(shí)、溫度關(guān)機(jī)等。
• 軟件開發(fā)模式（Software Development）：當(dāng)測(cè)試引腳在上電時(shí)連接到GND時(shí)進(jìn)入該模式。該模式是其他模式的超集，在看門狗觸發(fā)失敗時(shí)不產(chǎn)生復(fù)位，(V_{CC 1 mu C})不會(huì)關(guān)閉。
• 工廠閃存模式（Factory Flash）：芯片完全斷電，微控制器由外部供電。該模式通過外部為(V{CC 1 mu C})供電且(V{s})不供電來檢測(cè)。

四、關(guān)鍵功能模塊

4.1 內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器

• 功能描述：內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器為雙低壓差電壓調(diào)節(jié)器，可提供高達(dá)(I{CC 1 mu C / 2 underline max })的負(fù)載電流。輸入電壓最高可達(dá)(V{SMAX})，調(diào)節(jié)為(V_{cc1 mu C / 2 underline nom } = 5.0 V)，精度為±2%。具備集成復(fù)位電路，支持兩個(gè)SPI可配置的上電時(shí)序和三個(gè)SPI可配置的輸出電壓監(jiān)控。
• 工作模式：(V{cc1 mu C})可通過SBC模式控制，(V{cc 2})可通過SPI命令或進(jìn)入SBC模式開啟或關(guān)閉。不同SBC模式下，(V{cc1 mu C})和(V{cc 2})的狀態(tài)有所不同。
• 電氣特性：規(guī)定了輸出電壓、線路調(diào)節(jié)、負(fù)載調(diào)節(jié)、電源紋波抑制、輸出電流限制、壓降等參數(shù)。

4.2 外部電壓調(diào)節(jié)器

• 功能描述：(V{cc3})通過SPI激活，外部電壓調(diào)節(jié)器電路用于驅(qū)動(dòng)外部PNP晶體管以增加輸出電流靈活性。輸入電壓最高可達(dá)(V{SMAX})，調(diào)節(jié)為(V_{Q, nom} = 5.0 V)，精度為±4%。輸出電流通過外部分流電阻監(jiān)控，狀態(tài)在診斷SPI寄存器中報(bào)告。
• 工作模式：(V_{cc 3})可通過SPI命令開啟或關(guān)閉，不同SBC模式下其狀態(tài)不同。
• 應(yīng)用信息：介紹了時(shí)序信息、外部組件選擇、分流電阻計(jì)算以及未使用引腳的處理方法。
• 電氣特性：規(guī)定了控制驅(qū)動(dòng)電流能力、輸入電流、欠壓檢測(cè)、輸出電流分流電壓閾值等參數(shù)。

4.3 高速CAN收發(fā)器

• 功能描述：提供高速（HS）差分模式數(shù)據(jù)傳輸和接收，支持高達(dá)1 Mbaud的速率，兼容ISO/DIS 11898 - 2和11898 - 5以及SAE J2284標(biāo)準(zhǔn)。具備低功耗模式，支持軟件診斷功能，可通過總線消息從CAN可喚醒模式喚醒。
• 工作模式：包括CAN正常模式、CAN可喚醒模式、CAN關(guān)閉模式、CAN接收僅模式和CAN單元禁用狀態(tài)。不同模式下，收發(fā)器的工作狀態(tài)和功能有所不同。
• 故障檢測(cè)：具備TxD超時(shí)、總線主導(dǎo)鉗位、TxD到RxD短路、過溫、永久RxD隱性鉗位、(V_{cchSCAN})欠壓和總線故障檢測(cè)等功能，故障信息在SPI診斷編碼器中報(bào)告。
• SPLIT電路：在CAN正常和接收僅模式下激活，用于穩(wěn)定隱性共模信號(hào)。
• 電氣特性：規(guī)定了CAN總線接收器、發(fā)送器、SPLIT終止輸出、接收器輸出RxD、傳輸輸入TxD等參數(shù)。

4.4 WK引腳

• 功能描述：內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器和整個(gè)SBC可通過改變喚醒輸入電壓?jiǎn)拘?。WK輸入引腳為雙電平敏感輸入，濾波時(shí)間為(t_{WK, f})，喚醒能力可通過SPI命令啟用或禁用。
• 喚醒時(shí)序：電壓過渡必須高于(WK.TH)且長(zhǎng)于(t_{WK, f})才能被視為喚醒信號(hào)。從正常模式到睡眠模式時(shí)，需確保WK中斷位清除，避免喚醒信息丟失。
• 電氣特性：規(guī)定了WK輸入閾值電壓、輸入滯回、濾波時(shí)間、輸入電流等參數(shù)。

4.5 監(jiān)控功能

• 復(fù)位功能：復(fù)位輸出引腳RO為微控制器提供信息，當(dāng)輸出電壓低于欠壓閾值時(shí)，復(fù)位信號(hào)初始為低電平。當(dāng)(V{cc1 mu C})達(dá)到復(fù)位閾值(V{RT 1, r})時(shí)，復(fù)位輸出保持低電平(t_{rd 1})時(shí)間，然后釋放為高電平。復(fù)位閾值和延遲時(shí)間可通過SPI調(diào)整。
• 看門狗：支持窗口看門狗和超時(shí)看門狗，可在停止模式和軟件閃存模式下通過SPI禁用?？撮T狗定時(shí)通過SPI命令編程，激活后需按時(shí)觸發(fā)。
• 電氣特性：規(guī)定了復(fù)位閾值電壓、復(fù)位閾值滯回、復(fù)位低輸出電壓、復(fù)位高輸出電壓、復(fù)位上拉電阻、復(fù)位反應(yīng)時(shí)間、復(fù)位延遲時(shí)間、長(zhǎng)開放窗口和內(nèi)部振蕩器公差等參數(shù)。

4.6 中斷功能

• 中斷描述：中斷引腳用于向微控制器指示喚醒、故障或電壓調(diào)節(jié)器開啟等事件。所有中斷源可通過SPI位屏蔽，不同事件的中斷處理方式有所不同。
• 中斷時(shí)序：INT輸出在中斷條件發(fā)生時(shí)置低，通過SPI中斷緩沖區(qū)讀出命令或中斷超時(shí)(t_{INTTO})后釋放。
• 中斷模式與SBC模式：中斷功能僅在正常和停止模式下可用，重啟模式后所有中斷源啟用。
• 電氣特性：規(guī)定了中斷延遲超時(shí)、INT脈沖寬度、INT低輸出電壓、INT高輸出電壓、INT上拉電阻、INT配置低輸入電壓、INT配置高輸入電壓和INT配置下拉電阻等參數(shù)。

4.7 跛行回家功能

• 功能描述：跛行回家輸出為低電平有效開漏晶體管，用于控制安全關(guān)鍵功能。當(dāng)(V{s})低于(V{LHVV})時(shí)，跛行回家輸出無法激活，保持高阻抗。
• 輸出類型：包括跛行回家輸出、跛行回家側(cè)指示燈輸出（LH_SI）和LH_PL（脈沖光）輸出。
• 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(jù)激活方式不同而有所差異。
• 電氣特性：規(guī)定了看門狗邊緣計(jì)數(shù)差異、跛行回家低輸出電壓、跛行回家高輸出電流、初始化超時(shí)、(V{cc 1 mu C})欠壓超時(shí)、(V{s})閾值、跛行回家側(cè)指示燈頻率和占空比、LH_PL/Test引腳的輸入電壓閾值、滯回、上拉電阻、脈沖光頻率和占空比等參數(shù)。

4.8 配置選擇

• 功能描述：用于設(shè)置設(shè)備的兩種不同SBC行為，根據(jù)應(yīng)用需求，在看門狗失敗或復(fù)位鉗位時(shí)，可選擇關(guān)閉(V_{cc 1 mu C})并進(jìn)入故障安全模式。
• 硬件描述：在初始化模式下，RO引腳變高之前，INT引腳通過弱下拉電阻拉低，上拉電阻(R{INT})關(guān)閉。當(dāng)(V{cc 1 mu C})高于復(fù)位閾值(V_{RT 1})且RO引腳變高之前，監(jiān)測(cè)INT引腳電平以選擇配置。

4.9 串行外設(shè)接口（SPI）

• 功能描述：16位寬的控制輸入字通過數(shù)據(jù)輸入SDI讀取，與微控制器提供的時(shí)鐘輸入CLK同步。輸出字在數(shù)據(jù)輸出SDO同步出現(xiàn)。傳輸周期在芯片通過輸入CSN（片選非）選中時(shí)開始。
• 數(shù)據(jù)處理：當(dāng)微控制器發(fā)送錯(cuò)誤的SPI命令時(shí)，芯片忽略該信息，生成中斷并設(shè)置SPI Fail位。
• 輸入輸出數(shù)據(jù)：詳細(xì)介紹了SPI輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的格式和含義，包括WD刷新位、WK狀態(tài)位、SBC配置設(shè)置和讀出、中斷寄存器編碼、CAN故障編碼、配置編碼、復(fù)位編碼、SBC看門狗編碼和SBC診斷編碼等。
• 電氣特性：規(guī)定了SPI接口的邏輯輸入、邏輯輸出、數(shù)據(jù)輸入時(shí)序和數(shù)據(jù)輸出時(shí)序等參數(shù)。

五、應(yīng)用信息

5.1 應(yīng)用示例

給出了一個(gè)車身控制器模塊的應(yīng)用示例，包括電路原理圖和物料清單，為工程師提供了實(shí)際應(yīng)用的參考。

5.2 ZthJA曲線

展示了ZthJA曲線與冷卻面積的關(guān)系，幫助工程師了解芯片的熱特性。

5.3 SBC工廠閃存模式提示

介紹了SBC工廠閃存模式的使用方法和注意事項(xiàng)，該模式用于在模塊生產(chǎn)過程中對(duì)微控制器進(jìn)行閃存編程。

5.4 ESD測(cè)試

芯片進(jìn)行了ESD魯棒性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果和條件可在測(cè)試報(bào)告中查看。

六、總結(jié)

TLE8261 - 2E通用系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片憑借其豐富的功能、靈活的工作模式和良好的電氣特性，為汽車電子應(yīng)用提供了可靠的解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理配置芯片的工作模式和參數(shù)，充分發(fā)揮芯片的性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，要注意芯片的各項(xiàng)電氣特性和應(yīng)用注意事項(xiàng)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似芯片的使用問題？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。