TLE9261BQXV33：汽車應用中的多功能系統(tǒng)基礎芯片

在汽車電子領(lǐng)域，系統(tǒng)基礎芯片（SBC）扮演著至關(guān)重要的角色，它為微控制器提供穩(wěn)定的電源，同時負責與CAN總線網(wǎng)絡進行通信。英飛凌的TLE9261BQXV33就是這樣一款功能強大的SBC，下面我們就來詳細了解一下它。

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一、產(chǎn)品概述

1.1 產(chǎn)品家族

TLE9261BQXV33屬于英飛凌的Mid - Range+系統(tǒng)基礎芯片家族，該家族具有可擴展性，涵蓋了多種產(chǎn)品，以滿足不同的應用需求。不同產(chǎn)品變體都有專門的數(shù)據(jù)手冊，且整個家族在硬件和軟件方面具有完全的兼容性。例如，TLE9263配備2個LIN收發(fā)器和3個電壓調(diào)節(jié)器，TLE9262配備1個LIN收發(fā)器和3個電壓調(diào)節(jié)器，而TLE9261則沒有LIN收發(fā)器，但同樣具備3個電壓調(diào)節(jié)器。此外，還有針對5V（TLE926xQX）和3.3V（TLE926xQXV33）輸出電壓的產(chǎn)品變體，以及支持CAN部分網(wǎng)絡的5V（TLE926x - 3QX）和3.3V（TLE926x - 3QXV33）輸出電壓變體。

1.2 器件描述

TLE9261BQXV33采用具有引腳末端檢查（LTI）功能的外露焊盤VQFN - 48（7mm x 7mm）功率封裝，支持自動光學檢測（AOI）。該器件專為各種CAN汽車應用而設計，可作為微控制器的主電源，同時作為CAN總線網(wǎng)絡的接口。它提供了多種功能，包括3.3V低壓差電壓調(diào)節(jié)器（LDO）為微控制器供電，5V低壓差電壓調(diào)節(jié)器并帶有板外保護功能為傳感器供電，3.3V/1.8V調(diào)節(jié)器驅(qū)動外部PNP晶體管，可作為獨立電源或與主調(diào)節(jié)器VCC1進行負載共享配置。此外，它還具備高速CAN收發(fā)器支持CAN FD數(shù)據(jù)傳輸、帶嵌入式保護功能的高端開關(guān)以及16位串行外設接口（SPI）來控制和監(jiān)控設備。同時，還實現(xiàn)了可配置的超時/窗口看門狗電路、三個故障輸出和欠壓復位功能。

二、產(chǎn)品特性

2.1 電源管理

• 多電壓調(diào)節(jié)器：集成了兩個低壓差電壓調(diào)節(jié)器，主調(diào)節(jié)器（5V或3.3V，最大250mA）和輔助調(diào)節(jié)器（5V，最大100mA），并具有板外使用保護功能。此外，還有一個可配置的電壓調(diào)節(jié)器（5V、3.3V或1.8V），可通過外部PNP晶體管實現(xiàn)板外使用或負載共享。
• 低功耗模式：在停止和睡眠模式下具有極低的靜態(tài)電流消耗，同時支持周期性循環(huán)喚醒和周期性循環(huán)感應功能，有助于降低設備和應用的靜態(tài)電流。

2.2 通信功能

• 高速CAN收發(fā)器：完全符合HS - CAN標準ISO 11898 - 2:2016，支持高達5 Mbps的CAN FD通信，具備CAN部分網(wǎng)絡和CAN FD容忍模式。

2.3 輸出與輸入

• 高端輸出：四個典型7Ω的高端輸出，以及兩個通用高壓輸入/輸出（GPIOs），可配置為額外的故障輸出、喚醒輸入、低端開關(guān)或高端開關(guān)。
• 喚醒輸入：三個通用高壓喚醒輸入，用于電壓電平監(jiān)控，還具備替代高壓測量功能，例如用于電池電壓感應。

2.4 保護與監(jiān)控

• 集成保護：具備過溫、短路保護功能，以及可配置的超時和窗口看門狗，確保設備在各種故障條件下的安全性。
• 故障輸出：最多可配置三個故障輸出，根據(jù)配置不同，在故障發(fā)生時提供相應的信號。

2.5 其他特性

• SPI接口：通過16位SPI接口進行配置和診斷，與TLE926x和TLE927x系列的所有SBC家族軟件兼容。
• 綠色產(chǎn)品：符合RoHS標準，且通過AEC認證，適用于汽車應用。

三、系統(tǒng)功能

3.1 狀態(tài)機與工作模式

TLE9261BQXV33提供了六種工作模式，分別為SBC Init Mode（初始化模式）、SBC Normal Mode（正常模式）、SBC Stop Mode（停止模式）、SBC Sleep Mode（睡眠模式）、SBC Restart Mode（重啟模式）和SBC Fail - Safe Mode（故障安全模式）。此外，還有一個特殊的SBC Development Mode（開發(fā)模式），用于軟件開發(fā)和調(diào)試階段，在該模式下看門狗計數(shù)器停止工作，無需觸發(fā)。

3.2 喚醒特性

• 靜態(tài)感應：WK輸入永久激活。
• 循環(huán)感應：WK輸入僅在循環(huán)感應周期的導通時間內(nèi)激活，可降低設備和應用的靜態(tài)電流。
• 循環(huán)喚醒：通過內(nèi)部定時器控制的內(nèi)部喚醒源，可在正常和停止模式下周期性觸發(fā)中斷。
• CAN喚醒：可通過CAN消息喚醒設備。

3.3 監(jiān)控特性

該設備提供了多種監(jiān)控功能，包括復位功能、看門狗功能、電源欠壓和過壓檢測、過熱保護等，以支持功能安全要求。

四、電壓調(diào)節(jié)器

4.1 電壓調(diào)節(jié)器1（VCC1）

• 功能特點：3.3V低壓差電壓調(diào)節(jié)器，具備欠壓監(jiān)控、短路檢測和過熱保護功能。在停止模式下，為了降低靜態(tài)電流，輸出電壓容差會減小，當負載電流超過選定閾值時，會激活高功率模式調(diào)節(jié)器以支持動態(tài)負載。
• 電氣特性：在不同的工作模式和負載條件下，輸出電壓具有一定的范圍，同時具備輸出壓降、有源峰值閾值等特性。

4.2 電壓調(diào)節(jié)器2（VCC2）

• 功能特點：5V低壓差電壓調(diào)節(jié)器，具備短路保護、欠壓監(jiān)控和過熱保護功能，可用于板外傳感器供電或CAN供電。在停止和睡眠模式下，同樣會根據(jù)負載情況調(diào)整工作模式。
• 電氣特性：輸出電壓在不同模式和負載下有相應的范圍，同時具備輸出壓降、有源峰值閾值等特性。

4.3 外部電壓調(diào)節(jié)器3（VCC3）

• 功能特點：可作為獨立電壓調(diào)節(jié)器或與VCC1進行負載共享配置，通過外部PNP晶體管實現(xiàn)。具備過流限制、欠壓關(guān)機等功能，輸出電壓可通過SPI選擇3.3V或1.8V。
• 電氣特性：在不同配置和工作模式下，輸出電壓具有一定的范圍，同時具備驅(qū)動電流能力、輸入電流、分流電壓閾值等特性。

五、高端開關(guān)

5.1 功能特點

• 專用電源引腳：高端輸出由專用電源引腳VSHS供電，支持改善啟動條件下的性能。
• 保護功能：具備過壓和欠壓關(guān)斷、過流檢測和關(guān)斷、開路負載檢測等功能，可通過SPI進行配置。
• PWM和定時器功能：兩個8位PWM發(fā)生器可用于生成PWM信號，實現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)或補償電源電壓波動。

5.2 電氣特性

包括靜態(tài)漏源導通電阻、泄漏電流、輸出壓擺率、開關(guān)時間、短路關(guān)斷電流、開路負載檢測電流等特性。

六、高速CAN收發(fā)器

6.1 功能特點

• 高速通信：提供高速（HS）差分模式數(shù)據(jù)傳輸和接收，支持CAN FD通信，最高可達5 Mbps。
• 低功耗模式：具備低功耗模式，可降低電流消耗，支持部分節(jié)點斷電的網(wǎng)絡。
• 喚醒功能：可通過CAN消息喚醒設備，使微控制器能夠進入低功耗狀態(tài)。

6.2 電氣特性

包括CAN總線接收器的差分接收器閾值電壓、輸入電阻、輸入電容等特性，以及CAN總線發(fā)送器的輸出電壓、輸出電壓差等特性。

七、喚醒和電壓監(jiān)控輸入

7.1 功能特點

• 高壓輸入：三個高壓輸入，具有典型3V的閾值電壓。
• 替代測量功能：通過WK1和WK2實現(xiàn)高壓感應的替代測量功能。
• 喚醒能力：具備喚醒功能，支持靜態(tài)感應和循環(huán)感應模式。

7.2 電氣特性

包括喚醒/監(jiān)控閾值電壓、閾值滯后、上拉和下拉電流、輸入泄漏電流等特性。

八、中斷功能

8.1 功能特點

• 實時信號：用于向微控制器實時信號化特殊事件，可通過SPI選擇兩種中斷類，分別為喚醒中斷和全局中斷。
• 中斷觸發(fā)：在正常和停止模式下，中斷觸發(fā)時INT引腳拉低，持續(xù)時間為tINT，兩次連續(xù)中斷之間的最小高電平時間為tINTD。

8.2 電氣特性

包括INT引腳的高輸出電壓、低輸出電壓、脈沖寬度、脈沖最小延遲時間等特性。

九、故障輸出

9.1 功能特點

• 故障信號：由故障邏輯塊和三個開漏輸出（FO1、FO2、FO3）組成，在多種故障條件下激活，如看門狗觸發(fā)故障、熱關(guān)斷、VCC1短路到地、VCC1過壓等。
• 替代功能：FO2和FO3可配置為通用I/O引腳，具備喚醒輸入、低端開關(guān)或高端開關(guān)功能。

9.2 電氣特性

包括FO1、FO2、FO3的輸出電壓、頻率、占空比等特性，以及GPIO的輸出電壓、輸入閾值電壓、電流限制等特性。

十、SPI接口

10.1 功能特點

• 數(shù)據(jù)傳輸：16位寬的控制輸入字通過SDI輸入，與微控制器提供的時鐘輸入CLK同步，輸出字同步出現(xiàn)在SDO。
• 故障信號：當微控制器發(fā)送錯誤的SPI命令時，會設置診斷位‘SPI_FAIL’，并忽略該命令。

10.2 電氣特性

包括SPI頻率、邏輯輸入和輸出的電壓閾值、滯后、上拉和下拉電阻、輸入電容等特性，以及數(shù)據(jù)輸入和輸出的時序特性。

十一、應用信息

11.1 應用圖

文檔提供了簡化的應用圖，展示了TLE9261BQXV33在實際應用中的連接方式，包括電源、CAN總線、喚醒輸入、高端輸出等部分。同時，還列出了應用圖中所需的電容、電阻、二極管、晶體管等元件的典型值和用途。

11.2 ESD測試

該器件進行了ESD魯棒性測試，結(jié)果顯示在CANH、CANL、VS、WK1..3、HSx、VCC2、VCC3等引腳與地之間的ESD測試中，正脈沖大于6 kV，負脈沖小于 - 6 kV。

11.3 熱行為

文檔給出了器件的熱阻（Rth_JA）與PCB底部冷卻面積的關(guān)系圖，以及PCB的設置信息，為散熱設計提供了參考。

TLE9261BQXV33是一款功能豐富、性能可靠的系統(tǒng)基礎芯片，適用于多種汽車應用場景。電子工程師在設計汽車電子系統(tǒng)時，可以充分利用其各種特性，實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源管理和通信功能。你在使用這款芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。