汽车级SPI总线I/O扩展器TXE81XX-Q1：特性、应用与设计要点

在汽车电子系统中，随着功能的不断增加和复杂度的提升，对通用并行输入/输出（I/O）端口的需求也日益增长。TXE81XX-Q1系列汽车级16位和24位SPI总线I/O扩展器，为解决这一问题提供了有效的解决方案。本文将详细介绍TXE81XX-Q1的特性、应用场景以及设计过程中的关键要点。

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特性亮点

1. 高可靠性与宽工作范围

• AEC-Q100标准：符合面向汽车应用的AEC-Q100标准，温度等级1为 -40°C至 +125°C，适用于各种严苛的汽车环境。同时，还可提供用于功能安全系统设计的文档，确保系统的可靠性。
• 宽电源电压范围：工作电源电压范围为1.65V至5.5V，能适应不同的电源系统。在3.3V至5.5V电压下支持10MHz的SPI SCLK频率，在1.65V至5.5V电压下支持5MHz，满足不同的通信速率需求。

2. 低功耗设计

具有2.3µA（典型值）的低待机电流消耗，有助于降低系统功耗，延长电池寿命。

3. 丰富的I/O特性

• 可配置I/O功能：支持使能/禁用上拉和下拉电阻器、可锁存输入、可屏蔽中断、中断状态寄存器、可编程漏极开路或推挽输出，以及由FAIL - SAFE引脚使能的失效防护寄存器模式，增强了I/O的灵活性和可配置性。
• 中断输出功能：每当输入端口改变状态时，会在INT引脚上生成中断，可用于向系统控制器指示输入状态已更改，无需通过SPI总线进行频繁通信，提高了系统的响应速度。

4. 其他特性

• 支持SPI菊花链：多个TXE81XX - Q1器件可采用菊花链配置连接，增加支持的I/O端口数量，简化系统布线。
• I/O读取突发模式：在突发模式读取事务中，地址会自动递增，提高数据读取效率。
• 总线保持功能：用于保持最后一个I/O状态，确保数据的稳定性。
• 高电流驱动能力：锁存输出具有高电流驱动能力，可直接驱动LED。

应用场景

1. 汽车信息娱乐系统与仪表组

可用于扩展系统的I/O端口，连接各种传感器、开关和显示设备，实现信息的采集和显示。

2. 车身电子装置和照明

控制车身的各种电子设备，如门锁、车窗、车灯等，提高车身电子系统的可靠性和灵活性。

3. 混合动力、电动和动力总成系统

在这些系统中，需要大量的I/O端口来监测和控制各种参数，TXE81XX - Q1可满足其需求。

4. 采用GPIO受限处理器的产品

当处理器的GPIO端口数量不足时，TXE81XX - Q1可作为扩展器，提供额外的I/O端口。

设计要点

1. 引脚配置与功能

TXE81XX - Q1有多种封装形式，如VSSOP和VQFN，不同封装的引脚配置有所不同。在设计时，需要根据实际需求选择合适的封装，并了解各个引脚的功能。例如，CS引脚为SPI芯片选择输入，INT引脚为开漏中断输出等。

2. 规格参数

• 绝对最大额定值：超出“绝对最大额定值”运行可能会对器件造成永久损坏，因此在设计时要确保器件的工作条件在额定值范围内。
• ESD等级：该器件具有较高的ESD保护能力，人体放电模型（HBM）为±2000V，充电器件模型（CDM）为±1000V，可有效防止静电放电对器件的损坏。
• 建议运行条件：包括电源电压、输入输出电压、电流等，要根据建议运行条件来设计系统的电源和信号电路。

3. 时序要求

SPI总线的时序要求对于数据的正确传输至关重要。在不同的电源电压下，SPI时钟频率、CS到SCLK的建立和保持时间、SDI至SCLK的设置和保持时间等都有相应的要求，需要严格按照时序要求进行设计。

4. 编程与配置

TXE81XX - Q1采用SPI接口进行编程和配置，通过写入不同的寄存器来设置器件的工作模式和I/O特性。例如，通过写入方向配置寄存器可将I/O配置为输入或输出，通过写入中断屏蔽寄存器可屏蔽或启用中断等。

5. 布局与电源设计

• 布局指南：在PCB布局时，应遵循常见的PCB布局实践，避免信号布线呈直角，使用较粗的布线来承载电源和接地电流。旁路电容器和去耦电容器应尽可能靠近器件，以控制电源引脚上的电压。
• 电源相关建议：上电复位要求器件经过下电上电后才能完全复位，在设计电源电路时要考虑这一因素。同时，要注意电源中的干扰对器件的影响，合理选择旁路电容和源阻抗。

总结

TXE81XX - Q1汽车级SPI总线I/O扩展器具有高可靠性、低功耗、丰富的I/O特性等优点，适用于多种汽车电子应用场景。在设计过程中，需要充分了解其引脚配置、规格参数、时序要求、编程与配置方法以及布局和电源设计要点，以确保系统的正常运行和性能优化。你在实际设计中是否遇到过类似I/O扩展器的应用难题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。