Atmel ATA6616C/ATA6617C：集成LIN收發(fā)器的高性能微控制器

在汽車電子領(lǐng)域，對(duì)于高性能、低功耗且集成度高的解決方案需求日益增長(zhǎng)。Atmel ATA6616C/ATA6617C正是這樣一款滿足需求的產(chǎn)品，下面我們來詳細(xì)了解一下。

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一、產(chǎn)品概述

Atmel ATA6616C/ATA6617C是一款系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）產(chǎn)品，專為完整的LIN總線節(jié)點(diǎn)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它將兩個(gè)IC集成在一個(gè)封裝中，為車載LIN網(wǎng)絡(luò)提供了高度集成的解決方案。其中一個(gè)芯片是LIN系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（LIN - SBC）ATA6624，集成了LIN收發(fā)器、5V穩(wěn)壓器（85mA電流能力）和窗口看門狗；另一個(gè)芯片是Atmel的AVR 8位微控制器系列中的汽車級(jí)微控制器，分別有8KB閃存的Atmel ATtiny87和16KB閃存的Atmel ATtiny167。

主要特性

• 高性能與低功耗：?jiǎn)畏庋b集成AVR 8位微控制器、LIN收發(fā)器、5V穩(wěn)壓器和看門狗，睡眠模式下電流消耗極低。
• 大容量閃存：提供8KB/16KB的閃存用于應(yīng)用程序存儲(chǔ)。
• 寬電壓范圍：電源電壓最高可達(dá)40V，工作電壓為5V - 27V。
• 寬溫度范圍：工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C。
• 小封裝：采用QFN38、5mm×7mm封裝。

二、引腳配置

工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求合理使用這些引腳，以實(shí)現(xiàn)所需的功能。例如，對(duì)于LIN通信相關(guān)的引腳，要確保其正確連接和配置，以保證LIN總線的正常通信。

三、絕對(duì)最大額定值

了解產(chǎn)品的絕對(duì)最大額定值對(duì)于確保設(shè)備的安全和可靠性至關(guān)重要。該產(chǎn)品在不同方面有相應(yīng)的最大額定值限制，如靜電放電（ESD）、溫度、電壓等。

ESD相關(guān)

• 機(jī)器模型ESD AEC - Q100 - Rev.F (003)為 ±150V。
• 按照IBEE LIN EMC測(cè)試規(guī)范1.0（遵循IEC 61000 - 4 - 2），不同引腳的ESD承受能力不同，如VS、LIN、KL_15等引腳有特定的ESD額定值。

溫度相關(guān)

• 存儲(chǔ)溫度范圍為 - 55°C。
• 工作溫度（ (T{case}) ）范圍為 - 40°C至 + 125°C，這里的 (T{case}) 指的是散熱片（背面）的溫度，在應(yīng)用中必須保證該背面溫度 ≤125°C。

電壓相關(guān)

不同引腳有不同的電壓最大額定值，例如VS引腳的最大電壓可達(dá)40V，而邏輯引腳（RXD、TXD等）的電壓范圍為 - 0.3V至 + 5.5V等。

工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)，一定要嚴(yán)格遵守這些絕對(duì)最大額定值，避免因超出限制而導(dǎo)致設(shè)備損壞。

四、LIN系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（LIN - SBC）

特性

• 工作模式靈活：支持主從操作。
• 寬電壓范圍：電源電壓最高可達(dá)40V，工作電壓 (V_{S}) 為5V - 27V。
• 低功耗：睡眠模式下典型供電電流為10μA，靜音模式下為57μA。
• 穩(wěn)壓器性能：線性低壓降穩(wěn)壓器，電流能力為85mA，有正常、故障安全和靜音模式，睡眠模式下 (V_{CC}) 關(guān)閉。
• 保護(hù)功能：具備 (V_{CC}) 欠壓檢測(cè)和看門狗復(fù)位功能，LIN總線引腳具備過溫和短路保護(hù)。
• 通信兼容性：LIN物理層符合LIN 2.0、2.1規(guī)范和SAEJ2602 - 2。
• 喚醒功能：可通過LIN總線、喚醒引腳或Kl_15引腳喚醒。
• 輸出控制：INH輸出可控制外部穩(wěn)壓器或關(guān)閉主上拉電阻。
• 超時(shí)功能：TXD有超時(shí)定時(shí)器。
• 電磁兼容性：具備先進(jìn)的EMC和ESD性能，符合OEM“汽車應(yīng)用中LIN的硬件要求Rev.1.0”，并根據(jù)ISO7637提供干擾和損壞保護(hù)。

功能描述

物理層兼容性

LIN物理層獨(dú)立于更高的LIN層，因此符合2.x版本的LIN物理層節(jié)點(diǎn)可以與舊版本（如LIN 1.0、1.1等）的節(jié)點(diǎn)混合使用，沒有任何限制。

電源引腳（VS）

LIN工作電壓 (V{S}) 為5V - 27V，當(dāng) (V{S}) 低于4V時(shí)，會(huì)進(jìn)行欠壓檢測(cè)以禁用數(shù)據(jù)傳輸，避免錯(cuò)誤的總線消息。上電后，IC進(jìn)入故障安全模式，穩(wěn)壓器開啟。

接地引腳（GND）

即使GND斷開，IC也不會(huì)影響LIN總線，能夠處理高達(dá)VS的11.5%的接地偏移。

穩(wěn)壓器輸出引腳（VCC）

內(nèi)部5V穩(wěn)壓器能夠驅(qū)動(dòng)高達(dá)85mA的負(fù)載，通過電流限制和過溫關(guān)斷保護(hù)避免過載。當(dāng)輸出電壓低于定義的閾值 (V_{thun}) 時(shí)，會(huì)在NRES輸出引腳產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。還可以使用外部NPN晶體管來提升最大負(fù)載電流。

穩(wěn)壓器檢測(cè)引腳（PVCC）

對(duì)于正常應(yīng)用，該引腳連接到VCC引腳；如果使用外部升壓晶體管，則連接到該晶體管的發(fā)射極。

總線引腳（LIN）

實(shí)現(xiàn)了具有內(nèi)部電流限制和熱關(guān)斷功能的低側(cè)驅(qū)動(dòng)器以及符合LIN 2.x規(guī)范的內(nèi)部上拉電阻，允許的電壓范圍為 - 27V至 + 40V，能夠抑制LIN總線到VS的反向電流，LIN接收器閾值與LIN協(xié)議規(guī)范兼容，總線狀態(tài)的上升和下降時(shí)間進(jìn)行了斜率控制。

輸入/輸出引腳（TXD）

正常模式下，TXD引腳是微控制器用于控制LIN輸出狀態(tài)的接口；故障安全模式下，該引腳作為輸出，電流限制 < 8mA。

TXD主導(dǎo)超時(shí)功能

TXD輸入有內(nèi)部上拉電阻，內(nèi)部定時(shí)器防止總線線路永久處于主導(dǎo)狀態(tài)。如果TXD被強(qiáng)制為低電平超過6ms，LIN總線驅(qū)動(dòng)器將切換到隱性狀態(tài)，要重新激活驅(qū)動(dòng)器，需將TXD切換到高電平（> 10μs）。

輸出引腳（RXD）

該引腳向微控制器報(bào)告LIN總線的狀態(tài)，輸出有內(nèi)部上拉電阻，與VCC典型值為5kΩ，可通過外部20pF負(fù)載電容定義交流特性，輸出具備短路保護(hù)，在無電源模式（ (V_{S}=0V) ）下關(guān)閉。

使能輸入引腳（EN）

控制設(shè)備的操作模式。EN為高電平時(shí)，電路處于正常模式，TXD到LIN和LIN到RXD的傳輸路徑均激活，VCC穩(wěn)壓器以5V/85mA輸出能力工作；EN為低電平且TXD為高電平時(shí)，設(shè)備進(jìn)入靜音模式，無數(shù)據(jù)傳輸，電流消耗降低；EN為低電平且TXD為低電平時(shí)，設(shè)備進(jìn)入睡眠模式，穩(wěn)壓器關(guān)閉。

喚醒輸入引腳（WAKE）

用于從睡眠模式或靜音模式喚醒設(shè)備，通常連接到外部開關(guān)以產(chǎn)生本地喚醒信號(hào)，有典型值為10μA的上拉電流源。如果不需要本地喚醒功能，可將該引腳直接連接到VS引腳。

模式輸入引腳（MODE）

正常看門狗操作時(shí)，將該引腳直接或通過外部電阻連接到GND；調(diào)試連接的微控制器軟件時(shí)，將該引腳連接到VCC可關(guān)閉看門狗。

TM輸入引腳

用于Atmel的最終生產(chǎn)測(cè)量，正常應(yīng)用中必須始終連接到GND。

KL_15引腳

用于從睡眠或靜音模式喚醒設(shè)備，是一個(gè)邊沿敏感引腳（低到高轉(zhuǎn)換），通常連接到點(diǎn)火裝置以在點(diǎn)火開啟時(shí)產(chǎn)生本地喚醒信號(hào)。可通過外部電阻調(diào)整輸入電壓閾值，建議使用47kΩ串聯(lián)電阻和100nF陶瓷電容來保護(hù)該引腳免受電壓瞬變影響。

INH輸出引腳

在正?；蚬收习踩Ｊ较掠糜陂_啟外部穩(wěn)壓器，在睡眠或靜音模式下關(guān)閉，可通過該引腳關(guān)閉主節(jié)點(diǎn)應(yīng)用中的外部1kΩ主電阻，在 (V_{CC}) 欠壓復(fù)位期間關(guān)閉。

復(fù)位輸出引腳（NRES）

在 (V_{CC}) 欠壓或看門狗故障時(shí)，該開漏輸出引腳切換到低電平。

WD_OSC輸出引腳

提供典型值為1.2V的電壓，通過連接34kΩ - 120kΩ的外部電阻來調(diào)整看門狗振蕩器時(shí)間。

NTRIG輸入引腳

是窗口看門狗的觸發(fā)輸入，有上拉電阻，負(fù)邊沿觸發(fā)看門狗，觸發(fā)信號(hào)（低電平）必須超過最小時(shí)間 (t_{trigmin}) 才能產(chǎn)生看門狗觸發(fā)。

工作模式

正常模式

這是LIN接口符合LIN 2.x規(guī)范的正常收發(fā)模式，穩(wěn)壓器激活，可提供高達(dá)85mA的電流，欠壓檢測(cè)激活，看門狗需要NTRIG的觸發(fā)信號(hào)以避免NRES復(fù)位。

靜音模式

當(dāng)TXD為高電平時(shí)，EN的下降沿將IC切換到靜音模式，傳輸路徑禁用，整體電源電流為 (I_{VSsi}=57mu A) 加上 (VCC) 相關(guān)電流。LIN引腳的內(nèi)部從端終端在靜音模式下禁用，只有弱上拉電流。當(dāng)LIN引腳電壓低于LIN PreWake檢測(cè)電壓 (V{LINL}) 時(shí)，激活內(nèi)部LIN接收器并開啟內(nèi)部從端終端。LIN引腳的下降沿后接一定時(shí)間的主導(dǎo)總線電平，再加上上升沿，會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)程喚醒請(qǐng)求，設(shè)備從靜音模式切換到故障安全模式。

睡眠模式

當(dāng)TXD為低電平時(shí)，EN的下降沿將IC切換到睡眠模式，傳輸路徑禁用，電源電流 (I_{VSSsleep}) 典型值為10μA，VCC穩(wěn)壓器和INH輸出關(guān)閉，NRES和RXD為低電平，LIN引腳的內(nèi)部從端終端禁用。與靜音模式類似，LIN引腳的特定信號(hào)變化會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)程喚醒請(qǐng)求，設(shè)備從睡眠模式切換到故障安全模式。

故障安全模式

系統(tǒng)上電時(shí)，設(shè)備自動(dòng)切換到故障安全模式，穩(wěn)壓器開啟，NRES輸出低電平4ms以復(fù)位微控制器，LIN通信關(guān)閉，直到EN切換到高電平，設(shè)備才切換到正常模式。

無電源模式

當(dāng)連接電池電壓時(shí)，VS引腳電壓根據(jù)塊電容上升，當(dāng)VS高于欠壓閾值 (VS{th}) 時(shí)，IC從無電源模式切換到故障安全模式，VCC輸出電壓在 (t{vcc}) 后達(dá)到標(biāo)稱值，NRES在復(fù)位時(shí)間延遲 (t_{reset}) 內(nèi)為低電平，在此期間不能進(jìn)行模式切換。

喚醒場(chǎng)景

遠(yuǎn)程喚醒（通過主導(dǎo)總線狀態(tài)）

當(dāng)LIN引腳電壓低于 (V{LINL}) 時(shí)，激活內(nèi)部LIN接收器。LIN引腳的下降沿后接一定時(shí)間的主導(dǎo)總線電平 (V{BUSdom}) ，再加上上升沿，會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)程喚醒請(qǐng)求，設(shè)備從靜音或睡眠模式切換到故障安全模式，VCC穩(wěn)壓器激活，INH引腳置高，RXD引腳低電平向微控制器產(chǎn)生中斷。

本地喚醒（通過WAKE引腳）

WAKE引腳的下降沿后接一定時(shí)間的低電平會(huì)產(chǎn)生本地喚醒請(qǐng)求，設(shè)備切換到故障安全模式，RXD引腳低電平向微控制器產(chǎn)生中斷，TXD引腳強(qiáng)下拉。當(dāng)WAKE引腳為低電平時(shí)，可通過EN引腳切換到靜音或睡眠模式。

本地喚醒（通過KL_15引腳）

KL_15引腳的正邊沿后接一定時(shí)間的高電壓電平會(huì)產(chǎn)生本地喚醒請(qǐng)求，設(shè)備切換到故障安全模式，RXD引腳低電平向微控制器產(chǎn)生中斷，TXD引腳強(qiáng)下拉。在KL_15引腳高電平時(shí)，可通過EN引腳切換到靜音或睡眠模式。

喚醒源識(shí)別

設(shè)備能夠區(qū)分本地喚醒請(qǐng)求（Wake或KL_15引腳）和遠(yuǎn)程喚醒請(qǐng)求（通過LIN總線），在故障安全模式下，可通過TXD引腳讀取喚醒源，高電平表示遠(yuǎn)程喚醒請(qǐng)求，低電平表示本地喚醒請(qǐng)求。當(dāng)微控制器將EN引腳置高且IC處于正常模式時(shí)，喚醒請(qǐng)求標(biāo)志和喚醒源標(biāo)志會(huì)立即復(fù)位。

故障安全特性

• LIN短路：LIN到電池短路時(shí)，輸出限制電流，芯片溫度超過 (T{LINoff}) 時(shí)，LIN輸出關(guān)閉，芯片冷卻后，經(jīng)過滯后 (T{hys}) 再次開啟輸出，RXD保持高電平。LIN到GND短路時(shí)，IC可切換到睡眠或靜音模式，短路消失后，IC通過遠(yuǎn)程喚醒啟動(dòng)。
• VCC短路：VCC短路時(shí)，輸出限制電流，由于欠壓，NRES置低并向微控制器發(fā)送復(fù)位信號(hào)，IC切換到故障安全模式。芯片溫度超過 (T{VCCoff}) 時(shí)，VCC輸出關(guān)閉，冷卻后經(jīng)過滯后 (T{hys}) 再次開啟輸出。
• 其他保護(hù)：EN引腳有下拉電阻，TXD引腳有上拉電阻，分別在引腳斷開時(shí)將收發(fā)器強(qiáng)制為隱性模式；RXD引腳在 (V{Batt}) 斷開時(shí)浮空；TXD短路到GND時(shí)，經(jīng)過 (t{dom}>20ms) 可通過ENABLE切換到睡眠模式；WD_OSC引腳短路到GND或電阻斷開時(shí)，看門狗使用內(nèi)部振蕩器，保證在第二個(gè)NTRIG信號(hào)后最晚復(fù)位。

電壓調(diào)節(jié)器

電壓調(diào)節(jié)器需要外部電容進(jìn)行補(bǔ)償和平滑微控制器的干擾，建議使用 (C ≥1.8mu F) 的電解電容和 (C = 100nF) 的陶瓷電容，具體電容值可根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整。IC的主要功耗來自VCC輸出電流 (I_{VCC}) 。

綜上所述，Atmel ATA6616C/ATA6617C憑借其豐富的功能和優(yōu)秀的性能，為汽車電子中的LIN總線應(yīng)用提供了一個(gè)可靠且集成度高的解決方案。工程師們?cè)?a href="http://m.makelele.cn/soft/data/61-62/" target="_blank">設(shè)計(jì)相關(guān)電路時(shí)，需要充分了解其特性和功能，合理配置引腳和參數(shù)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些與該產(chǎn)品相關(guān)的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。