TLE8263 - 2E通用系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片HERMES：功能特性與應(yīng)用解析

一、引言

在汽車(chē)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TLE8263 - 2E通用系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片HERMES，憑借其豐富的功能和出色的性能，為CAN - LIN汽車(chē)應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持。本文將深入剖析TLE8263 - 2E的各項(xiàng)特性、工作模式以及應(yīng)用要點(diǎn)，希望能為電子工程師們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)中提供有價(jià)值的參考。

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二、芯片概述

2.1 產(chǎn)品家族與特性

HERMES系列是可擴(kuò)展的系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片家族，包含六種產(chǎn)品，能實(shí)現(xiàn)完整的可擴(kuò)展應(yīng)用覆蓋，且家族內(nèi)硬件和軟件完全兼容。TLE8263 - 2E屬于該家族，具有2個(gè)LIN接口和3個(gè)Limp Home輸出。其基本特性包括極低的靜態(tài)電流、復(fù)位輸入輸出、上電和可擴(kuò)展欠壓復(fù)位發(fā)生器、標(biāo)準(zhǔn)16位SPI接口、過(guò)溫與短路保護(hù)等，并且是符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的綠色產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)AEC認(rèn)證。

2.2 主要功能

該芯片主要提供HS - CAN收發(fā)器和LIN收發(fā)器用于數(shù)據(jù)傳輸，低壓差穩(wěn)壓器（LDO）為外部5V供電，以及16位串行外設(shè)接口（SPI）用于控制和監(jiān)測(cè)設(shè)備。此外，還集成了超時(shí)或窗口看門(mén)狗電路、Limp Home電路輸出和欠壓復(fù)位功能。

三、芯片結(jié)構(gòu)與引腳配置

3.1 簡(jiǎn)化框圖

芯片的簡(jiǎn)化框圖展示了其基本組成元素，包括電壓調(diào)節(jié)器、SPI接口、CAN和LIN收發(fā)器、狀態(tài)機(jī)、Limp Home電路等。這些模塊協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)芯片的各項(xiàng)功能。

3.2 引腳配置

TLE8263 - 2E采用PG - DSO - 36 - 38封裝，共有36個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有特定的功能。例如，RO為復(fù)位輸入/輸出引腳，CSN為SPI芯片選擇引腳，CLK為SPI時(shí)鐘輸入引腳等。詳細(xì)的引腳定義和功能在數(shù)據(jù)手冊(cè)中有明確說(shuō)明，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)實(shí)際需求合理使用這些引腳。

四、狀態(tài)機(jī)與工作模式

4.1 狀態(tài)機(jī)描述

芯片提供了十種工作模式，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(kāi)發(fā)和工廠閃存模式。這些模式通過(guò)一個(gè)測(cè)試引腳和SPI中的三個(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(guò)兩個(gè)外部引腳和一個(gè)SPI位進(jìn)行訪問(wèn)。

4.2 各工作模式解析

• 上電復(fù)位（POR）：當(dāng) (V{S}>V{UVON}) 時(shí)，芯片開(kāi)始工作，讀取測(cè)試引腳并開(kāi)啟 (V{cc 1 mu C}) 。當(dāng) (V{cc 1 mu C}) 達(dá)到復(fù)位閾值 (V{RT1}) ，復(fù)位輸出保持激活 (t{RD 1}) ，芯片進(jìn)入初始化模式。
• 初始化模式：芯片啟動(dòng)后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(mén)狗可配置但未激活，CAN和LIN模塊不活躍，Limp Home輸出無(wú)效。若在256ms內(nèi)未收到正確的SPI命令，芯片將進(jìn)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(fā)， (V{cc1 mu C}) 始終開(kāi)啟， (V{cc 2}) 和 (V_{oc3}) 可通過(guò)SPI命令開(kāi)啟或關(guān)閉?？撮T(mén)狗需要觸發(fā)，所有喚醒源可被禁止，Limp Home輸出可通過(guò)SPI命令啟用或禁用。
• 睡眠模式：實(shí)現(xiàn)最低功耗，主和外部電壓調(diào)節(jié)器關(guān)閉，集成看門(mén)狗禁用，CAN和LIN模塊處于可喚醒或關(guān)閉模式，Limp Home輸出保持不變。若有喚醒事件，芯片自動(dòng)進(jìn)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(diào)節(jié)器可開(kāi)啟或關(guān)閉。看門(mén)狗可使用或關(guān)閉，CAN和LIN模塊可選擇關(guān)閉或作為喚醒源。若所有喚醒源禁用，看門(mén)狗不能關(guān)閉，芯片保持正常模式。
• 軟件閃存模式：與正常模式在電壓調(diào)節(jié)器方面類(lèi)似，Limp Home輸出可通過(guò)SPI設(shè)置為低電平，CAN和LIN模塊激活以接收閃存數(shù)據(jù)，LIN模塊的斜率控制機(jī)制關(guān)閉。
• 重啟模式：用于重置微控制器，可由多種原因觸發(fā)，如欠壓、看門(mén)狗觸發(fā)失敗等。芯片自動(dòng)進(jìn)入正常模式，釋放復(fù)位輸出，首次SPI輸出數(shù)據(jù)提供進(jìn)入重啟模式的原因。
• 故障安全模式：所有電壓調(diào)節(jié)器關(guān)閉，收發(fā)器處于可喚醒模式，Limp Home輸出激活。進(jìn)入該模式的條件包括看門(mén)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(kāi)發(fā)模式：當(dāng)測(cè)試引腳連接到GND時(shí)進(jìn)入，該模式是其他模式的超集，在看門(mén)狗觸發(fā)失敗時(shí)不產(chǎn)生復(fù)位， (V_{CC 1 mu C}) 不關(guān)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(shí)檢測(cè)到。

五、主要功能模塊

5.1 電壓調(diào)節(jié)器

• 內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器：為雙低壓差穩(wěn)壓器，可提供高達(dá) (I{CC 1 mu C / 2 underline max}) 的負(fù)載電流，將輸入電壓調(diào)節(jié)到 (V{cc1 mu C / 2 underline nom } = 5.0V) ，精度為 +2% 。具有集成復(fù)位電路，支持SPI配置的上電時(shí)序和輸出電壓監(jiān)測(cè)。
• 外部電壓調(diào)節(jié)器：通過(guò)SPI激活，驅(qū)動(dòng)外部PNP晶體管以增加輸出電流靈活性。輸入電壓調(diào)節(jié)到 (V_{Q, nom } = 5.0V) ，精度為 +4% ，輸出電流通過(guò)外部分流電阻監(jiān)測(cè)。

5.2 CAN收發(fā)器

• 高速CAN描述：支持高達(dá)1Mbaud的高速差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸和接收，符合ISO 11898 - 2和11898 - 5以及SAE J2284標(biāo)準(zhǔn)。提供低功耗模式，支持軟件診斷功能，可通過(guò)總線消息喚醒。
• 工作模式：包括正常模式、可喚醒模式、關(guān)閉模式和接收僅模式。不同模式下，收發(fā)器的工作狀態(tài)和功能有所不同，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行切換。
• 故障檢測(cè)：具備TxD超時(shí)、總線主導(dǎo)鉗位、TxD到RxD短路、過(guò)溫、永久RxD隱性鉗位和 (V_{cchSCAN}) 欠壓等故障檢測(cè)功能，檢測(cè)到故障后會(huì)采取相應(yīng)的措施，如切換到接收僅模式。

5.3 LIN收發(fā)器

• LIN描述：作為協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，兼容LIN 2.1和SAE J2602 - 2標(biāo)準(zhǔn)。提供LIN可喚醒模式和關(guān)閉模式，具有總線短路到GND保護(hù)功能，通過(guò)斜率控制機(jī)制實(shí)現(xiàn)良好的EMC性能。
• 工作模式：包括正常模式、低斜率模式、關(guān)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(fā)器的傳輸速率和功能有所不同。
• 故障檢測(cè)：具備TxD超時(shí)、總線主導(dǎo)鉗位、TxD到RxD短路、過(guò)溫、永久RxD隱性鉗位等故障檢測(cè)功能，檢測(cè)到故障后會(huì)自動(dòng)切換到接收僅模式。

5.4 監(jiān)督功能

• 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)保持低電平。復(fù)位閾值和延遲時(shí)間可通過(guò)SPI調(diào)整，RO引腳具有集成上拉電阻。
• 看門(mén)狗：支持窗口看門(mén)狗和超時(shí)看門(mén)狗，可通過(guò)SPI編程設(shè)置?？撮T(mén)狗需要定期觸發(fā)，否則芯片將進(jìn)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(diào)節(jié)器開(kāi)啟等事件。所有中斷源可通過(guò)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(shí)控制安全關(guān)鍵功能，包括Limp Home輸出、LH_SI輸出和LH_PL輸出。該功能可通過(guò)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(guò)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)，傳輸周期在芯片選擇輸入CSN為低電平時(shí)開(kāi)始。

6.2 SPI數(shù)據(jù)編碼

SPI數(shù)據(jù)編碼包括WD刷新位、WK狀態(tài)位、SBC配置設(shè)置和讀取、中斷寄存器編碼、CAN/LIN故障編碼、配置編碼、復(fù)位編碼、SBC看門(mén)狗編碼和SBC診斷編碼等。工程師需要了解這些編碼規(guī)則，以便正確配置和監(jiān)控芯片。

七、應(yīng)用信息

7.1 應(yīng)用示例

數(shù)據(jù)手冊(cè)提供了一個(gè)車(chē)身控制器模塊的應(yīng)用示例，包括電路原理圖和物料清單。工程師可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

7.2 注意事項(xiàng)

在使用芯片時(shí)，需要注意絕對(duì)最大額定值、功能范圍、熱特性、電流消耗等參數(shù)。同時(shí)，對(duì)于ESD測(cè)試、SBC工廠閃存模式等特殊情況，也需要遵循相應(yīng)的操作要求。

八、總結(jié)

TLE8263 - 2E通用系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片HERMES是一款功能強(qiáng)大、性能出色的汽車(chē)電子芯片，適用于CAN - LIN汽車(chē)應(yīng)用。通過(guò)深入了解其結(jié)構(gòu)、工作模式和功能模塊，電子工程師可以充分發(fā)揮芯片的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出更加可靠和高效的汽車(chē)電子系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師還需要根據(jù)具體需求進(jìn)行合理配置和優(yōu)化，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

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