TLE8262 - 2E通用系统基础芯片HERMES数据手册解读

一、引言

在汽车电子领域，系统基础芯片（SBC）扮演着至关重要的角色。英飞凌的TLE8262 - 2E通用系统基础芯片HERMES，为CAN - LIN汽车应用（如车身控制器、网关应用）提供了全面的解决方案。本文将深入解读TLE8262 - 2E的数据手册，帮助电子工程师更好地了解和应用这款芯片。

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二、HERMES概述

2.1 可扩展系统基础芯片家族

HERMES系列共有八款产品，能实现完整的可扩展应用覆盖，且家族内硬件和软件完全兼容。TLE8262 - 2E属于该系列，其封装为PG - DSO - 36 - 38 。

2.2 基本特性

• 低功耗：在停止和睡眠模式下具有极低的静态电流。
• 复位功能：具备复位输入和输出，有上电和可扩展欠压复位发生器。
• 通信接口：采用标准16位SPI接口。
• 保护功能：拥有过温、短路保护，且对GND和电池短路有防护能力。
• 唤醒功能：有一个通用唤醒输入，支持在停止模式下循环唤醒。
• 环保合规：是符合RoHS标准的绿色产品，且通过AEC认证。

2.3 详细描述

该系列芯片是采用增强型功率封装的单片集成电路，除LIN单元数量不同外，软件功能和硬件特性相同。它为CAN - LIN汽车应用提供了诸如HS - CAN收发器、LIN收发器、低压差稳压器（LDO）和16位SPI接口等主要功能，还集成了超时或窗口看门狗电路、跛行回家电路输出和欠压复位功能。同时，支持低功耗模式，可通过总线消息、双电平敏感监测/唤醒输入或SPI命令从低功耗模式唤醒，且每个唤醒源都可被禁止。

三、芯片结构与引脚

3.1 框图

简化的框图展示了SBC设备的基本元素，包括状态机、SPI接口、Limp home输出、CAN和LIN单元等。

3.2 引脚配置

TLE8262 - 2E采用DSO 36 - 暴露焊盘封装，各引脚具有不同的功能，如复位输入/输出（RO）、SPI芯片选择（CSN）、SPI时钟（CLK）、SPI数据输入（SDI）和输出（SDO）等。每个引脚的功能都有明确的定义和详细的电气特性要求。

四、状态机

4.1 模式概述

SBC提供十种操作模式，包括上电复位、初始化、正常、重启、软件闪存、睡眠、停止、故障安全、软件开发和工厂闪存模式。这些模式通过一个测试引脚和SPI内的三个模式选择位（MS2..0）控制，同时允许通过两个外部引脚和一个SPI位进行五种配置。

4.2 各模式详细介绍

• 上电复位（POR）：当 (V{S}>V{UVON}) 时，SBC开始工作，读取测试引脚并开启 (V{cc 1 mu C}) ，达到复位阈值 (V{RT 1}) 后，复位输出保持激活 (t_{RD 1}) ，进入初始化模式。
• 初始化模式：启动时读取测试引脚，等待微控制器完成启动和初始化序列。 (V_{cc 2 / 3}) 关闭，看门狗可配置但未激活，CAN和LIN模块及跛行回家输出均不活跃。若在复位松弛后的256ms内未收到正确的SPI命令，将进入重启模式并激活跛行回家输出。
• 正常模式：用于CAN和LIN消息的收发。 (V{cc1 mu C}) 始终开启， (V{cc 2}) 和 (V_{cc3 }) 可通过SPI命令开启或关闭，看门狗需触发，所有唤醒源可被禁止，跛行回家输出可通过SPI命令启用或禁用。
• 睡眠模式：主和外部稳压器关闭，实现最低功耗。集成看门狗禁用，CAN和LIN模块处于可唤醒或关闭模式，跛行回家输出不变。若有唤醒事件，自动进入重启模式。
• 停止模式：作为低功耗模式， (V{cc1 mu C}) 保持活跃， (V{cc 2/3 }) 可开启或关闭，看门狗可使用或关闭。CAN和LIN模块可选择关闭或作为唤醒源，若所有唤醒源禁用，看门狗不能禁用。支持循环唤醒功能，用于监测电池电压或跟踪RF数据。
• 软件闪存模式：与正常模式的稳压器情况相似，跛行回家输出可通过SPI设置为低电平，CAN和LIN模块激活以接收闪存数据，LIN模块的斜率控制机制关闭，看门狗配置固定。
• 重启模式：用于复位微控制器，有多种进入原因，如欠压、看门狗触发失败等。进入或离开该模式不会停用跛行回家输出，自动进入正常模式，延迟时间 (t_{RDx}) 可通过SPI位编程。
• 故障安全模式：所有稳压器关闭，收发器处于可唤醒模式，跛行回家输出激活。进入条件包括看门狗触发失败、 (V{cc 1 mu C}) 欠压超时、 (V{cc 1 mu C}) 过热关机和复位钳位等。
• 软件开发模式：测试引脚连接到GND时进入，是其他模式的超集，看门狗触发失败时不产生复位，也不会进入故障安全或重启模式。
• 工厂闪存模式：SBC完全断电，微控制器由外部供电。当 (V{CC 1 mu C}) 由外部供电且 (V{s}) 无外部供电时进入该模式，需注意电流和电压的绝对最大额定值。

五、通用产品特性

5.1 绝对最大额定值

规定了芯片在不同参数下的极限值，如电压、电流、温度和ESD等，确保芯片在安全范围内工作。

5.2 功能范围

明确了芯片正常工作的电压、频率和温度范围，以及欠压“OFF”和“ON”的阈值。

5.3 热特性

给出了结 - 环境热阻、结 - 焊接点热阻以及热预警和关机温度等参数，有助于工程师进行散热设计。

5.4 电流消耗

详细列出了不同模式下的电流消耗，如正常模式、停止模式和睡眠模式，方便工程师评估芯片的功耗。

六、电压调节器

6.1 内部电压调节器

内部电压调节器为双低压差稳压器，可提供高达 (I{CC 1 mu C / 2 underline max }) 的负载电流，将输入电压调节到 (V{cc1 mu C / 2 underline nom } = 5.0 V) ，精度为±2%。具有集成复位电路，支持SPI配置的上电时序和输出电压监测，适用于微控制器供电。

6.2 外部电压调节器

(V{cc3 }) 可通过SPI激活，驱动外部PNP晶体管以增加输出电流灵活性。通过四个引脚（ (V{S}) 、 (V{cc3base}) 、 (V{cc3shunt }) 和 (V{cc3ref }) ）实现调节，输出电压为 (V{Q, nom}=5.0 V) ，精度为±4%。输出电流通过外部分流电阻监测，状态在诊断SPI寄存器中报告。

七、收发器

7.1 高速CAN收发器

• 功能描述：提供高速（HS）差分模式数据传输和接收，兼容ISO/DIS 11898 - 2和11898 - 5以及SAE J2284。支持低功耗模式，具备CAN唤醒功能，设计用于承受汽车应用的恶劣条件。
• 工作模式：包括CAN正常模式、CAN可唤醒模式、CAN关闭模式和CAN接收仅模式，不同模式下的工作方式和功能有所不同。
• 故障检测：具备TxD超时、总线主导钳位、TxD到RxD短路、过温、永久RxD隐性钳位和 (V_{cchSCAN }) 欠压等故障检测功能，检测到故障后会采取相应的处理措施。
• SPLIT电路：在CAN正常和接收仅模式下激活，用于稳定隐性共模信号。

7.2 LIN收发器

• 功能描述：是协议控制器和物理总线之间的接口，兼容LIN 2.1和SAE J2602 - 2。支持LIN可唤醒模式和LIN关闭模式，具备总线短路到GND保护功能，EMC性能良好。
• 工作模式：包括LIN正常模式、LIN低斜率模式、LIN关闭模式、LIN可唤醒模式、LIN接收仅模式和LIN闪存模式，不同模式下的传输速率和功能有所差异。
• 故障检测：具备TxD超时、总线主导钳位、TxD到RxD短路、过温和永久RxD隐性钳位等故障检测功能，检测到故障后会自动切换到LIN接收仅模式。

八、监督功能

8.1 复位功能

复位输出引脚RO为微控制器提供信息，当输出电压低于欠压阈值时，复位信号保持低电平。复位阈值和延迟时间可通过SPI调整，RO引脚有集成上拉电阻。同时，RO引脚会进行短路诊断，出现故障时SBC会进入相应模式并激活跛行回家输出。

8.2 看门狗

SBC支持窗口看门狗和超时看门狗两种模式，可通过SPI编程和控制。不同SBC模式下，看门狗的工作方式和状态有所不同。看门狗通过SPI位触发，需按正确频率切换，触发信号不符合窗口要求时，SBC会进入重启或故障安全模式。

九、中断功能

9.1 中断描述

中断引脚INT用于向微控制器指示唤醒、故障或电压调节器开启等事件。所有中断源可通过SPI位屏蔽，不同类型的故障和事件对应的中断激活方式和SPI位状态不同。

9.2 中断时序

INT输出在中断条件发生时置为低电平，通过SPI中断缓冲区读出命令或中断超时 (t_{INTTO }) 后释放。连续中断源出现时，仅产生一个INT低电平，但SPI读出会指示中断源。

9.3 中断模式与SBC模式

中断功能仅在SBC正常和停止模式下可用，重启模式后所有中断源启用。

十、跛行回家功能

10.1 描述

跛行回家输出用于在微控制器故障时独立控制安全关键功能，如开启或关闭关键负载。

10.2 输出类型

包括跛行回家输出、跛行回家侧指示灯输出（LH_SI）和LH_PL（脉冲光）输出，每种输出都有特定的功能和工作方式。

10.3 激活与释放

跛行回家输出可因故障条件或SPI命令激活，释放条件根据激活方式不同而有所差异。

10.4 (V_{cc 1 mu C}) 欠压超时

当 (V{cc 1 mu C}) 输出电压低于复位阈值、 (V{s}) 高于阈值且该条件持续时间超过 (V_{cc 1 mu C}) 欠压超时时间时，设备进入故障安全模式，跛行回家输出激活。

十一、配置选择

通过INT引脚的外部上拉电阻配置，可设置设备的两种不同SBC行为，配置仅在初始化模式下读取，之后存储。

十二、串行外设接口（SPI）

12.1 描述

16位宽的控制输入字通过SDI读取，与CLK同步，输出字在SDO同步出现。传输周期由CSN选择，CSN从低到高时，读取的字成为新的控制字，SDO输出变为三态。

12.2 数据处理

当SPI数据输入错误时，SBC会忽略信息，产生中断并设置SPI Fail位，下一个SPI输出数据保持不变。

12.3 数据编码

包括WD刷新位、WK状态位、SBC配置设置和读取、中断寄存器编码、CAN/LIN故障编码、配置编码、复位编码、SBC看门狗编码和SBC诊断编码等，详细规定了各位的含义和功能。

12.4 输出数据

首次进入SBC正常模式时，SPI输出数据取决于之前的SBC模式。只读命令可清除INT位，不进行写访问，也不改变SBC模式。

十三、应用信息

13.1 应用示例

给出了车身控制器模块的应用示例和物料清单，包括电容、电阻、有源组件等，为工程师提供了实际应用的参考。

13.2 ZthJA曲线

展示了不同冷却面积下的ZthJA曲线，帮助工程师进行散热设计。

13.3 SBC工厂闪存模式提示

该模式用于模块生产时对微控制器进行闪存，微控制器由外部5V电源供电，SBC不提供复位信号、中断和SPI SDO信号，SPI引脚可由外部驱动。

13.4 ESD测试

进行了ESD鲁棒性测试，结果显示CANH、CANL、BUSx、Vs引脚对GND的ESD耐受能力在±8kV以上。

十四、总结

TLE8262 - 2E通用系统基础芯片HERMES为汽车电子应用提供了全面、可靠的解决方案。其丰富的功能和灵活的配置选项，能够满足不同应用场景的需求。电子工程师在设计过程中，应充分理解芯片的数据手册，合理应用各项功能，确保系统的稳定性和可靠性。同时，在实际应用中，还需根据具体需求进行适当的调整和优化，以达到最佳的性能表现。你在使用这款芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。