TLE8263 - 2E通用系统基础芯片HERMES：功能特性与应用解析

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TLE8263 - 2E通用系统基础芯片HERMES，凭借其丰富的功能和出色的性能，为CAN - LIN汽车应用提供了强大的支持。本文将深入剖析TLE8263 - 2E的各项特性、工作模式以及应用要点，希望能为电子工程师们在实际设计中提供有价值的参考。

文件下载：TLE82632EXUMA1.pdf

二、芯片概述

2.1 产品家族与特性

HERMES系列是可扩展的系统基础芯片家族，包含六种产品，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。TLE8263 - 2E属于该家族，具有2个LIN接口和3个Limp Home输出。其基本特性包括极低的静态电流、复位输入输出、上电和可扩展欠压复位发生器、标准16位SPI接口、过温与短路保护等，并且是符合RoHS标准的绿色产品，经过AEC认证。

2.2 主要功能

该芯片主要提供HS - CAN收发器和LIN收发器用于数据传输，低压差稳压器（LDO）为外部5V供电，以及16位串行外设接口（SPI）用于控制和监测设备。此外，还集成了超时或窗口看门狗电路、Limp Home电路输出和欠压复位功能。

三、芯片结构与引脚配置

3.1 简化框图

芯片的简化框图展示了其基本组成元素，包括电压调节器、SPI接口、CAN和LIN收发器、状态机、Limp Home电路等。这些模块协同工作，实现芯片的各项功能。

3.2 引脚配置

TLE8263 - 2E采用PG - DSO - 36 - 38封装，共有36个引脚，每个引脚都有特定的功能。例如，RO为复位输入/输出引脚，CSN为SPI芯片选择引脚，CLK为SPI时钟输入引脚等。详细的引脚定义和功能在数据手册中有明确说明，工程师在设计时需根据实际需求合理使用这些引脚。

四、状态机与工作模式

4.1 状态机描述

芯片提供了十种工作模式，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中的三个模式选择位MS2..0进行控制，同时还支持五种配置，可通过两个外部引脚和一个SPI位进行访问。

4.2 各工作模式解析

• 上电复位（POR）：当 (V{S}>V{UVON}) 时，芯片开始工作，读取测试引脚并开启 (V{cc 1 mu C}) 。当 (V{cc 1 mu C}) 达到复位阈值 (V{RT1}) ，复位输出保持激活 (t{RD 1}) ，芯片进入初始化模式。
• 初始化模式：芯片启动后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模块不活跃，Limp Home输出无效。若在256ms内未收到正确的SPI命令，芯片将进入重启模式并激活Limp Home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_{oc3}) 可通过SPI命令开启或关闭。看门狗需要触发，所有唤醒源可被禁止，Limp Home输出可通过SPI命令启用或禁用。
• 睡眠模式：实现最低功耗，主和外部电压调节器关闭，集成看门狗禁用，CAN和LIN模块处于可唤醒或关闭模式，Limp Home输出保持不变。若有唤醒事件，芯片自动进入重启模式。
• 停止模式：作为低功耗模式， (V_{cc1 mu C}) 保持活跃，其他电压调节器可开启或关闭。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，看门狗不能关闭，芯片保持正常模式。
• 软件闪存模式：与正常模式在电压调节器方面类似，Limp Home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。
• 重启模式：用于重置微控制器，可由多种原因触发，如欠压、看门狗触发失败等。芯片自动进入正常模式，释放复位输出，首次SPI输出数据提供进入重启模式的原因。
• 故障安全模式：所有电压调节器关闭，收发器处于可唤醒模式，Limp Home输出激活。进入该模式的条件包括看门狗触发失败、 (V_{oc1 mu C}) 欠压超时、温度关机等。
• 软件开发模式：当测试引脚连接到GND时进入，该模式是其他模式的超集，在看门狗触发失败时不产生复位， (V_{CC 1 mu C}) 不关闭。
• 工厂闪存模式：芯片完全断电，微控制器由外部供电。该模式在 (V{CC 1 mu C}) 由外部供电且 (V{s}) 未供电时检测到。

五、主要功能模块

5.1 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 } = 5.0V) ，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。
• 外部电压调节器：通过SPI激活，驱动外部PNP晶体管以增加输出电流灵活性。输入电压调节到 (V_{Q, nom } = 5.0V) ，精度为 +4% ，输出电流通过外部分流电阻监测。

5.2 CAN收发器

• 高速CAN描述：支持高达1Mbaud的高速差分数据传输和接收，符合ISO 11898 - 2和11898 - 5以及SAE J2284标准。提供低功耗模式，支持软件诊断功能，可通过总线消息唤醒。
• 工作模式：包括正常模式、可唤醒模式、关闭模式和接收仅模式。不同模式下，收发器的工作状态和功能有所不同，可根据实际需求进行切换。
• 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措施，如切换到接收仅模式。

5.3 LIN收发器

• LIN描述：作为协议控制器和物理总线之间的接口，兼容LIN 2.1和SAE J2602 - 2标准。提供LIN可唤醒模式和关闭模式，具有总线短路到GND保护功能，通过斜率控制机制实现良好的EMC性能。
• 工作模式：包括正常模式、低斜率模式、关闭模式、可唤醒模式、接收仅模式和闪存模式。不同模式下，收发器的传输速率和功能有所不同。
• 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隐性钳位等故障检测功能，检测到故障后会自动切换到接收仅模式。

5.4 监督功能

• 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引脚具有集成上拉电阻。
• 看门狗：支持窗口看门狗和超时看门狗，可通过SPI编程设置。看门狗需要定期触发，否则芯片将进入重启或故障安全模式。

5.5 中断功能

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，中断可在正常和停止模式下使用。

5.6 Limp Home功能

Limp Home输出用于在微控制器故障时控制安全关键功能，包括Limp Home输出、LH_SI输出和LH_PL输出。该功能可通过故障条件或SPI激活，在特定条件下释放。

六、SPI接口

6.1 SPI描述

芯片采用16位宽的控制输入字，通过数据输入SDI读取，与微控制器提供的时钟输入CLK同步。输出字在数据输出SDO同步出现，传输周期在芯片选择输入CSN为低电平时开始。

6.2 SPI数据编码

SPI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。工程师需要了解这些编码规则，以便正确配置和监控芯片。

七、应用信息

7.1 应用示例

数据手册提供了一个车身控制器模块的应用示例，包括电路原理图和物料清单。工程师可根据实际需求进行调整和优化。

7.2 注意事项

在使用芯片时，需要注意绝对最大额定值、功能范围、热特性、电流消耗等参数。同时，对于ESD测试、SBC工厂闪存模式等特殊情况，也需要遵循相应的操作要求。

八、总结

TLE8263 - 2E通用系统基础芯片HERMES是一款功能强大、性能出色的汽车电子芯片，适用于CAN - LIN汽车应用。通过深入了解其结构、工作模式和功能模块，电子工程师可以充分发挥芯片的优势，设计出更加可靠和高效的汽车电子系统。在实际应用中，工程师还需要根据具体需求进行合理配置和优化，确保系统的稳定性和安全性。

你在使用TLE8263 - 2E芯片时遇到过哪些问题？你对芯片的哪些功能最感兴趣？欢迎在评论区分享你的经验和想法。