TLE9261QX系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片：汽車應(yīng)用的理想選擇

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，它為微控制器提供穩(wěn)定的電源，同時(shí)作為CAN總線網(wǎng)絡(luò)的接口，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。英飛凌的TLE9261QX就是這樣一款功能強(qiáng)大的SBC，下面我們就來深入了解一下它。

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一、產(chǎn)品概述

TLE9261QX是英飛凌中程系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片家族的一員，采用了帶外露焊盤的VQFN - 48（7mm x 7mm）功率封裝，具備引腳尖端檢測（LTI）功能，支持自動光學(xué)檢測（AOI）。該芯片專為各種CAN汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)，能為微控制器提供主電源，并作為CAN總線網(wǎng)絡(luò)的接口。

1.1 產(chǎn)品系列

TLE9261QX所在的產(chǎn)品家族具有可擴(kuò)展性，不同產(chǎn)品變體可實(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。例如TLE9263配備2個(gè)LIN收發(fā)器和3個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，TLE9262有1個(gè)LIN收發(fā)器和3個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，TLE9261沒有LIN收發(fā)器但有3個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，TLE9260沒有LIN收發(fā)器且只有2個(gè)電壓調(diào)節(jié)器。此外，還有適用于5V（TLE926xQX）和3.3V（TLE926xQXV33）輸出電壓的產(chǎn)品變體，以及CAN部分網(wǎng)絡(luò)變體（TLE926x - 3QX和TLE926x - 3QXV33）。

1.2 關(guān)鍵特性

• 低靜態(tài)電流：在停止和睡眠模式下，靜態(tài)電流消耗極低，有助于降低系統(tǒng)功耗。
• 周期性喚醒功能：在SBC正常和停止模式下支持周期性循環(huán)喚醒，在正常、停止和睡眠模式下支持周期性循環(huán)感應(yīng)，可有效減少設(shè)備和應(yīng)用的靜態(tài)電流。
• 電壓調(diào)節(jié)器：提供多個(gè)低降壓電壓調(diào)節(jié)器，包括一個(gè)5V、250mA的低降壓電壓調(diào)節(jié)器用于微控制器供電，一個(gè)5V、100mA且具備板外保護(hù)功能的低降壓電壓調(diào)節(jié)器用于傳感器供電，還有一個(gè)可驅(qū)動外部PNP晶體管的低降壓電壓調(diào)節(jié)器，可配置為獨(dú)立供電或與主調(diào)節(jié)器VCC1進(jìn)行負(fù)載共享。
• 高速CAN收發(fā)器：完全符合ISO11898 - 2和ISO11898 - 5標(biāo)準(zhǔn)，適用于無扼流圈操作，最高速率可達(dá)500kbps，支持高達(dá)2Mbps的CAN FD通信。
• 高側(cè)開關(guān)：擁有四個(gè)典型阻值為7Ω的高側(cè)輸出，具備過壓、欠壓、過流和開路負(fù)載檢測等保護(hù)功能，還支持PWM和定時(shí)器功能。
• 其他特性：具有三個(gè)通用高壓喚醒輸入用于電壓電平監(jiān)測，可配置喚醒源，配備復(fù)位輸出、可配置的超時(shí)和窗口看門狗，具備過溫和短路保護(hù)功能，工作電壓和溫度范圍寬，軟件與所有SBC家族TLE926x和TLE927x兼容，是符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的綠色產(chǎn)品且通過AEC認(rèn)證。

二、引腳配置與功能

2.1 引腳分配

TLE9261QX共有48個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有特定的功能。例如，GND引腳用于接地，VS引腳為芯片內(nèi)部供電和電壓調(diào)節(jié)器提供電源，VCC1、VCC2和VCC3分別為不同的電壓調(diào)節(jié)器輸出引腳，HS1 - HS4為高側(cè)輸出引腳，WK1 - WK3為喚醒輸入引腳，CANH和CANL為CAN總線引腳等。

2.2 未使用引腳處理

對于未使用的引腳，需要進(jìn)行正確的配置。例如，WK1/2/3應(yīng)連接到GND并通過SPI禁用；HSx應(yīng)保持開路；CANH/L、RXDCAN、TXDCAN等引腳應(yīng)全部開路；RO / FOx應(yīng)保持開路；INT應(yīng)保持開路；TEST在上電時(shí)連接到GND可激活SBC開發(fā)模式，連接到VS或保持開路可進(jìn)行正常用戶模式操作；VCC2應(yīng)保持開路并禁用；VCC3的未使用引腳應(yīng)按特定方式連接；n.c.引腳應(yīng)連接到GND；N.U.引腳用于內(nèi)部測試，不應(yīng)連接，應(yīng)保持開路。

2.3 備用引腳功能

部分引腳具有備用功能，需要通過SPI進(jìn)行正確配置。例如，WK1和WK2可作為高壓喚醒/電壓監(jiān)測輸入或用于電壓測量功能，在使用電壓測量功能時(shí)，應(yīng)禁用其喚醒檢測和循環(huán)感應(yīng)功能；FO2和FO3可配置為通用I/O引腳，在配置為GPIO時(shí)，不應(yīng)再用于故障輸出功能。

三、工作模式

TLE9261QX提供六種工作模式，每種模式都有其特定的功能和應(yīng)用場景。

3.1 SBC初始化模式

設(shè)備在上電或軟復(fù)位后進(jìn)入此模式，在此期間，設(shè)備等待微控制器完成啟動和初始化序列。在此模式下，任何有效的SPI命令都可將SBC切換到正常模式，同時(shí)看門狗會在長開放窗口內(nèi)啟動，需要在該窗口內(nèi)觸發(fā)看門狗，否則將導(dǎo)致看門狗故障，設(shè)備進(jìn)入重啟模式。

3.2 SBC正常模式

這是SBC的標(biāo)準(zhǔn)工作模式，在此模式下，VCC1處于激活狀態(tài)，VCC2可開關(guān)，VCC3可配置，CAN可配置，HS輸出可開關(guān)或通過PWM控制，喚醒引腳可檢測輸入電平并可配置為喚醒源，循環(huán)感應(yīng)和循環(huán)喚醒功能可配置，看門狗可配置，F(xiàn)Ox輸出默認(rèn)關(guān)閉。

3.3 SBC停止模式

這是一級節(jié)能模式，VCC1仍處于激活狀態(tài)，為微控制器供電，微控制器可進(jìn)入掉電模式。VCC2、VCC3、CAN模式和HS輸出等配置保持不變，在此模式下，除了切換到正常模式、觸發(fā)軟復(fù)位、刷新看門狗以及讀取和清除SPI狀態(tài)寄存器外，其他SPI寫命令將被忽略。

3.4 SBC睡眠模式

這是二級節(jié)能模式，VCC1關(guān)閉，不向微控制器供電。VCC2和HS輸出可配置保持啟用，在此模式下，CAN模式自動切換到喚醒模式或可選擇關(guān)閉，看門狗關(guān)閉，F(xiàn)Ox輸出狀態(tài)保持不變。喚醒事件將使設(shè)備通過重啟模式進(jìn)入正常模式。

3.5 SBC重啟模式

進(jìn)入此模式的原因有多種，如VCC1欠壓、過壓、看門狗觸發(fā)失敗、從睡眠或故障安全模式喚醒等。此模式的目的是復(fù)位微控制器，之后設(shè)備將自動進(jìn)入正常模式。

3.6 SBC故障安全模式

在發(fā)生關(guān)鍵故障（如看門狗故障、VCC1欠壓復(fù)位等）時(shí)，設(shè)備進(jìn)入此模式，VCC1關(guān)閉，微控制器斷電，以確保系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。在此模式下，默認(rèn)喚醒源（CAN、WK1 - 3）被激活，所有輸出驅(qū)動器和電壓調(diào)節(jié)器關(guān)閉，直到發(fā)生喚醒事件。

3.7 SBC開發(fā)模式

此模式用于模塊開發(fā)階段，特別是軟件開發(fā)。與默認(rèn)的SBC用戶模式相比，此模式下看門狗停止工作，無需觸發(fā)，不會因看門狗故障進(jìn)入故障安全和重啟模式，但進(jìn)入這些模式的其他原因仍然有效。在SBC初始化模式期間，將FO3/TEST引腳設(shè)置并保持為LOW可自動進(jìn)入此模式。

四、主要功能模塊

4.1 電壓調(diào)節(jié)器

• 電壓調(diào)節(jié)器1（VCC1）：為5V低降壓電壓調(diào)節(jié)器，在正常和停止模式下開啟，睡眠和故障安全模式下禁用。具備欠壓監(jiān)測、短路檢測和過流限制等功能，可提供高達(dá)250mA的輸出電流。在停止模式下，為降低靜態(tài)電流，輸出電壓容差會減小，當(dāng)負(fù)載電流超過選定閾值時(shí)，高功率模式調(diào)節(jié)器將被激活。
• 電壓調(diào)節(jié)器2（VCC2）：同樣是5V低降壓電壓調(diào)節(jié)器，可在正常、停止和睡眠模式下開啟（故障安全模式下關(guān)閉），具備短路保護(hù)和欠壓監(jiān)測功能，可提供高達(dá)100mA的輸出電流。在停止模式下，為降低靜態(tài)電流，輸出電壓容差會減小，當(dāng)負(fù)載電流超過閾值時(shí)，高功率模式調(diào)節(jié)器將被啟用。
• 外部電壓調(diào)節(jié)器3（VCC3）：可作為獨(dú)立電壓調(diào)節(jié)器或與VCC1進(jìn)行負(fù)載共享。在獨(dú)立配置下，可選擇5V或3.3V輸出電壓，具備過流限制和欠壓關(guān)機(jī)功能；在負(fù)載共享配置下，可增加VCC1的總電流能力。

4.2 高側(cè)開關(guān)

高側(cè)開關(guān)可用于控制LED、為喚醒輸入供電和驅(qū)動其他負(fù)載，由專用電源引腳VSHS供電。具備過壓和欠壓關(guān)斷、過流檢測和關(guān)斷、開路負(fù)載檢測、PWM和定時(shí)器功能等。在停止和睡眠模式下，可用于循環(huán)感應(yīng)功能。

4.3 高速CAN收發(fā)器

提供高速差分模式數(shù)據(jù)傳輸和接收功能，支持CAN FD通信，具備低功耗模式，可通過CAN總線消息喚醒。支持多種工作模式，如CAN關(guān)閉模式、正常模式、接收僅模式和喚醒模式等。

4.4 喚醒和電壓監(jiān)測輸入

具有三個(gè)高壓輸入引腳，具備3V（典型值）的閾值電壓，可用于喚醒和電壓監(jiān)測?？赏ㄟ^SPI配置為靜態(tài)感應(yīng)或循環(huán)感應(yīng)模式，具備邊緣敏感喚醒功能，可選擇上拉和下拉電流源。

4.5 中斷功能

用于向微控制器實(shí)時(shí)信號特殊事件，可通過SPI選擇兩種中斷類：喚醒中斷和全局中斷。中斷引腳在正常和停止模式下被拉低，釋放后表示中斷結(jié)束。

4.6 故障輸出

由故障邏輯塊和三個(gè)開漏輸出（FO1、FO2、FO3）組成，在發(fā)生看門狗觸發(fā)故障、熱關(guān)斷、VCC1短路、VCC1過壓等故障時(shí)激活。FO1為靜態(tài)故障輸出，F(xiàn)O2為1.25Hz、50%占空比的輸出，F(xiàn)O3為100Hz、20%占空比的輸出。

4.7 監(jiān)督功能

• 復(fù)位功能：復(fù)位輸出引腳RO在輸出電壓低于欠壓閾值或發(fā)生看門狗觸發(fā)故障時(shí)拉低，保持低電平直到復(fù)位事件結(jié)束。
• 看門狗功能：用于監(jiān)測微控制器的軟件執(zhí)行情況，可選擇超時(shí)看門狗或窗口看門狗。在不同的SBC模式下，看門狗的工作方式不同。
• 電源上電復(fù)位：在設(shè)備上電時(shí)，當(dāng)VS超過POR閾值時(shí)，SPI位POR置位，VCC1啟動，復(fù)位輸出保持LOW，直到VCC1超過復(fù)位閾值并經(jīng)過復(fù)位延遲時(shí)間后釋放。
• 欠壓和過壓保護(hù)：對VS、VSHS、VCC1、VCC2和VCAN等電壓進(jìn)行監(jiān)測，在發(fā)生欠壓或過壓時(shí)采取相應(yīng)措施。
• 熱保護(hù)：具備個(gè)體熱關(guān)斷、溫度預(yù)警告和SBC熱關(guān)斷等保護(hù)功能，可確保設(shè)備在高溫環(huán)境下的安全運(yùn)行。

五、SPI接口

TLE9261QX通過16位SPI接口進(jìn)行配置和監(jiān)測，包括控制寄存器和狀態(tài)寄存器。控制寄存器用于配置SBC的各種功能，如SBC模式、看門狗觸發(fā)等；狀態(tài)寄存器用于信號SBC的狀態(tài)，如喚醒事件、警告、故障等。在SPI通信中，需要注意避免無效命令，否則將設(shè)置SPI_FAIL位。

六、應(yīng)用信息

6.1 應(yīng)用電路

文檔提供了簡化的應(yīng)用電路圖和物料清單，包括電容、電阻、二極管、晶體管和微控制器等元件。在設(shè)計(jì)應(yīng)用電路時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的元件，并注意未使用輸出引腳的處理。

6.2 ESD測試

該芯片進(jìn)行了ESD魯棒性測試，目標(biāo)值為在CANH、CANL、VS、WK1 - 3、HSx、VCC2和VCC3引腳與GND之間進(jìn)行ESD“槍測試”時(shí)，正脈沖大于6kV，負(fù)脈沖小于 - 6kV。

6.3 熱性能

文檔展示了設(shè)備的熱阻與PCB底部冷卻面積的關(guān)系圖，可幫助工程師優(yōu)化PCB設(shè)計(jì)，提高設(shè)備的散熱性能。

TLE9261QX作為一款功能強(qiáng)大的系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片，為汽車電子應(yīng)用提供了全面的解決方案。其豐富的功能和靈活的配置選項(xiàng)，使其能夠滿足不同應(yīng)用場景的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體需求合理配置芯片的各項(xiàng)功能，確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。