Infineon TLE8264-2E：通用系统基础芯片HERMES深度解析

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（Infineon）的TLE8264-2E作为一款通用系统基础芯片HERMES，具有众多卓越特性，能够满足CAN - LIN汽车应用的多种需求。接下来，我们将对TLE8264-2E进行全面解析。

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一、HERMES概述

1.1 产品家族与特性

HERMES系列是一个可扩展的系统基础芯片家族，共有六款产品，能实现完整的可扩展应用覆盖，且整个家族在硬件和软件方面具有完全兼容性。TLE8264-2E属于该家族，采用PG - DSO - 36 - 38封装。其基本特性包括极低的静态电流（在停止和睡眠模式下）、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、过温和短路保护、对GND和电池的短路保护、一个通用唤醒输入、宽输入电压和温度范围、停止模式下的循环唤醒等，并且是符合RoHS标准的绿色产品，通过了AEC认证。

1.2 功能描述

该芯片专为CAN - LIN汽车应用设计，如车身控制器、网关应用等。它提供了多种主要功能，包括用于数据传输的HS - CAN收发器和LIN收发器、用于外部5V电源的低压差电压调节器（LDO）、用于控制和监控设备的16位串行外设接口（SPI），还实现了带复位功能的超时或窗口看门狗电路、跛行回家电路输出以及欠压复位功能。同时，它提供低功耗模式，支持永久连接到电池的应用，可通过总线上的消息、双电平敏感监控/唤醒输入以及SPI命令从低功耗模式唤醒，且每个唤醒源都可被禁用。

二、芯片结构与引脚配置

2.1 框图

芯片的简化框图展示了其基本元素，包括内部电压调节器、CAN和LIN收发器、状态机、SPI接口等。这些元素协同工作，实现了芯片的各项功能。

2.2 引脚配置

TLE8264-2E共有36个引脚，每个引脚都有特定的功能。例如，RO引脚是复位输入/输出，采用开漏输出，有集成上拉电阻，低电平有效；CSN引脚是SPI片选输入，低电平有效；CLK引脚是SPI时钟输入等。详细的引脚定义和功能确保了芯片与外部设备的准确连接和通信。

三、状态机

3.1 模式概述

系统基础芯片（SBC）提供了十种工作模式，包括上电复位（POR）、初始化（Init）、正常（Normal）、重启（Restart）、软件闪存（Software Flash）、睡眠（Sleep）、停止（Stop）、故障安全（Fail - Safe）、软件开发（Software Development）和工厂闪存（Factory Flash）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进行控制，同时还允许通过两个外部引脚和一个SPI位访问五种配置。

3.2 各模式详细解析

• 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})。当(V{cc 1 mu C})达到复位阈值(V{RT 1})时，复位输出保持激活(t{RD 1})时间，然后进入初始化模式。
• 初始化（Init）：进入该模式后，SBC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模块以及跛行回家输出均处于非活动状态。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（Normal）：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。看门狗需要触发，可配置为窗口看门狗或超时看门狗，所有唤醒源可被禁用，跛行回家输出可通过SPI命令启用或禁用。
• 睡眠（Sleep）：通过关闭主电压和外部电压调节器实现最低功耗。微控制器不供电，集成看门狗禁用，CAN和LIN模块处于可唤醒或关闭模式，跛行回家输出保持不变。若有唤醒事件，将自动进入重启模式。
• 停止（Stop）：作为低功耗模式，(V_{cc1 mu C})保持激活，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，看门狗不能禁用，SBC将保持正常模式。
• 软件闪存（Software Flash）：与正常模式在电压调节器方面相似，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（Restart）：有多种进入原因，目的是复位微控制器。进入该模式后，SBC会自动进入正常模式，复位输出（RO）释放，第一个SPI输出数据将提供进入重启模式的原因。
• 故障安全（Fail - Safe）：所有电压调节器关闭，收发器处于可唤醒模式，跛行回家输出激活。进入该模式的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})过热关机以及复位钳位等。
• 软件开发（Software Development）：当测试引脚在通电时连接到GND（配置0激活），SBC进入该模式。在此模式下，不会因看门狗触发失败而产生复位，(V_{CC 1 mu C})不会关闭。
• 工厂闪存（Factory Flash）：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})未由外部供电时进入该模式，需注意电流和电压的限制。

四、主要功能模块

4.1 内部电压调节器

内部电压调节器是双低压差电压调节器，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，可通过SPI配置上电时序和输出电压监控。在(V{s})低于(V{UV_OFF})时，电压调节器的DMOS切换到高阻抗状态。

4.2 外部电压调节器

(V{cc3})通过SPI激活，外部电压调节器电路用于驱动外部PNP晶体管以增加输出电流灵活性。输入电压调节到(V{Q, nom}=5.0 V)，精度为±4%，输出电流通过外部分流电阻监控。当电池电压低于最小工作电压时，外部电压调节器关闭。

4.3 高速CAN收发器

CAN收发器提供高速（HS）差分模式数据传输和接收，符合ISO 11898 - 2和11898 - 5以及SAE J2284标准。具有低功耗模式，支持软件诊断功能，可通过总线上的消息从CAN可唤醒模式唤醒。提供多种工作模式，包括正常模式、可唤醒模式、关闭模式和仅接收模式，并具备故障检测功能，如TxD超时、总线主导钳位、TxD到RxD短路、过热、永久RxD隐性钳位和(V_{cchSCAN})欠压等。

4.4 LIN收发器

LIN收发器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。提供LIN可唤醒模式和LIN关闭模式以降低电流消耗，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。具备多种工作模式，包括正常模式、低斜率模式、关闭模式、可唤醒模式、仅接收模式和闪存模式，并具备故障检测功能，如TxD超时、总线主导钳位、TxD到RxD短路、过热和永久RxD隐性钳位等。

4.5 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，复位信号初始为低电平。复位阈值和复位延迟时间可通过SPI调整，RO引脚有集成上拉电阻。同时，RO引脚会对短路到(V_{CCX})和GND进行诊断，根据配置，RO故障时SBC会进入故障安全或重启模式并激活跛行回家输出。
• 看门狗：有窗口看门狗和超时看门狗两种类型，可通过SPI编程实现。在不同的SBC模式下，看门狗的功能和设置有所不同。看门狗通过SPI位触发，需按正确频率切换。在软件开发模式下，不会因看门狗故障产生复位，故障通过SPI复位位和INT引脚指示。

4.6 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情况。所有中断源可通过SPI位屏蔽，不同的中断源有不同的触发条件和处理方式。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。

4.7 跛行回家功能

跛行回家输出是一个低电平有效的开漏晶体管，用于控制安全关键功能，如在微控制器故障时打开或关闭关键负载。其激活原因包括故障条件或通过SPI命令，在(V{s})低于(V{LHVV})时无法激活，保持高阻抗。同时，还有跛行回家侧指示灯输出（LH_SI）和LH_PL（脉冲光）输出，分别提供特定频率和占空比的信号。

4.8 串行外设接口（SPI）

SPI是一个16位宽的控制输入接口，通过数据输入SDI读取数据，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。SPI可实现对SBC的各种配置和监控，包括模式选择、看门狗设置、中断控制等。

五、应用信息

5.1 应用示例

文档提供了一个车身控制器模块的应用示例，包括详细的电路原理图和物料清单。物料清单中列出了各种电容、电阻、有源元件等的选型和用途，为实际应用提供了参考。

5.2 热特性曲线

给出了ZthJA曲线，展示了不同冷却面积下的热阻随时间的变化情况，有助于工程师在设计时考虑芯片的散热问题。

5.3 工厂闪存模式提示

在工厂闪存模式下，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。该模式适用于模块生产过程中的微控制器闪存操作。

5.4 ESD测试

进行了ESD鲁棒性测试，结果显示CANH、CANL、BUSx、Vs引脚相对于GND的ESD接触放电测试中，正脉冲大于8kV，负脉冲小于 - 8kV。

六、总结

英飞凌的TLE8264-2E通用系统基础芯片HERMES具有丰富的功能和卓越的性能，适用于多种CAN - LIN汽车应用。其多种工作模式、完善的保护机制和灵活的配置方式，为工程师在汽车电子设计中提供了强大的支持。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理配置芯片的各项参数，确保系统的稳定性和可靠性。同时，要注意芯片的热管理和ESD防护等问题，以提高系统的整体性能。