汽车领域的得力助手：NCV7748 LIN低侧继电器驱动器

在汽车电子系统的设计中，可靠且高效的驱动器是实现各种功能的关键。安森美（onsemi）的NCV7748就是一款非常有特点的汽车级八通道低侧驱动器，今天就来深入了解一下它。

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一、产品概述

NCV7748是一款专用于汽车的八通道低侧驱动器，每个通道能提供高达0.75A的驱动能力。其输出控制通过LIN总线实现，采用了优化的LIN命令集，既保证了高灵活性，又符合SAE J2602 LIN规范。它的每个输出驱动器都配备了用于感性负载的输出钳位，并且所有输出驱动器都具备过流检测功能。同时，部分低侧驱动器还能额外报告开路负载（或接地短路）和局部过热等故障，方便与模块外的线束连接。产品采用SOIC14封装。

二、特性亮点

输出驱动器特性

• 多通道驱动能力：拥有八个低侧驱动通道，其中OUT4和OUT8通道最大电流可达0.75A，导通电阻RDSon典型值为0.8Ω，最大值为1.6Ω；而OUT1 - 3和OUT5 - 7通道最大电流为0.6A，导通电阻RDSon典型值为1.5Ω，最大值为3.0Ω。
• 低静态电流：在睡眠模式下具有低静态电流，能有效降低功耗。
• 故障报告：具备故障报告功能，能及时反馈各种故障信息。
• 温度保护：有全局过热检测和关断功能，以及上电复位和欠压检测功能，确保芯片在各种恶劣条件下的安全运行。

LIN总线接口特性

• 协议兼容：集成符合SAE J2602/LIN2.x的LIN物理层，以及用于处理SAE J2602兼容LIN协议和LIN消息解码的状态机。
• 虚拟节点概念：采用虚拟LIN节点概念，一个LIN节点地址配合最多四个从设备，最多可驱动32个继电器。
• 地址可选：设备节点地址（NAD）可通过外部电阻选择。
• 保护功能：具备LIN总线对电源和地的短路保护，以及自动比特率同步功能。
• 汽车级认证：带有NCV前缀，适用于汽车及其他有特殊场地和控制变更要求的应用，符合AEC - Q100标准且可提供生产件批准程序（PPAP）文件。同时，该器件无铅、无卤素/无溴化阻燃剂（BFR），符合RoHS标准。

三、典型应用场景

NCV7748适用于多种汽车电子的配电和电气中心，包括但不限于：

• 电源分配盒（PDB）、电源分配中心（PDC）
• 车身接线盒（BJB）、发动机接线盒（EJB）
• 后接线盒（RJB）、车身电气中心（BEC）
• 内部电气中心（IEC）、后电气中心（REC）
• 发动机舱电气中心（UEC）、接线盒（JB）

四、电气特性详解

电源相关特性

• 供电电压范围：VBB供电电压在4 - 38V可正常工作，参数规格在6 - 18V。在正常模式下，VBB低于5V时，LIN总线会保持隐性状态或符合SAE J2602要求的电压电平和转换时间规格；VBB在18V以上时，LIN通信可运行，但部分参数不保证。
• 电源消耗：正常模式下，总线通信关闭时VBB消耗电流为5mA；LIN激活时，电流最大为10mA；睡眠模式下，VBB消耗电流为50μA。

输出驱动器特性

• 导通电阻：OUT1 - 3和OUT5 - 7通道在输出电流为90mA时，导通电阻典型值为1.5Ω，最大值为3Ω；OUT4和OUT8通道在输出电流为340mA时，导通电阻典型值为0.8Ω，最大值为1.6Ω。
• 过流检测电流：OUT4和OUT8通道的过流检测电流范围为0.75 - 1.3A，OUT1 - 3和OUT5 - 7通道为0.6 - 1.2A。
• 输出漏电流：睡眠模式下，OUT1 - 8通道的输出漏电流在不同条件下有相应的规定值。
• 输出钳位电压：不同通道在不同输出电流下有对应的输出钳位电压范围。
• 输出体二极管电压：各通道在特定输出电流下的输出体二极管电压为1.1V。
• 开路负载检测：OUT4和OUT8通道具有开路负载检测功能，检测阈值电压在1 - 2.5V之间。

模式转换和超时特性

• 睡眠转换时间：LIN唤醒检测后的睡眠转换时间（INIT模式持续时间）为10ms。
• 进入睡眠时间：LIN无通信和/或欠压时，进入睡眠的时间为4 - 10s；接收到特定LIN帧后，进入睡眠的时间为4 - 5s。
• 过流关断延迟时间：OUTx引脚短路到VBB时，过流关断延迟时间为3 - 50μs。
• 开路负载检测时间：OUT4和OUT8通道的开路负载检测时间为30 - 200μs。

热保护特性

全局热关断电平为150 - 190°C，热关断迟滞为20°C；OUT4和OUT8通道的热关断电平同样为150 - 190°C，热关断迟滞也为20°C。

LIN收发器特性

• DC特性：LIN发送器和接收器在不同工作条件下有相应的直流特性，如LIN主导输出电压、隐性输出电压、短路电流限制、内部上拉电阻等。
• 动态特性：考虑不同总线负载时，LIN发送器有特定的占空比、上升沿时间、下降沿时间和斜率对称性要求；LIN接收器的唤醒主导持续时间为30 - 150μs。

五、工作模式分析

基本工作模式

• 正常模式：芯片完全功能正常，内部LIN收发器处于活动状态，驱动器根据LIN命令进行设置。
• 睡眠模式：低静态电流模式，设备处于非活动状态，等待LIN总线唤醒。当总线上无活动时间超过设定的T_go_to_sleep参数，或成功接收到“Go to sleep”命令时进入该模式。若检测到有效的LIN唤醒信号，将转换到INIT模式。

其他工作模式

• 未供电和INIT模式：当VBB低于VBB_POR电平时，设备处于上电复位状态，所有输出为高阻态，LIN禁用。VBB超过上电复位电平后，进入INIT模式进行初始化。若成功读取NAD和CONF引脚的配置电阻，进入正常模式；否则进入睡眠模式。
• 复位模式：成功接收到广播或目标复位帧后，设备进入复位模式，所有寄存器设置为默认值，ERR.0位设置为高。
• 欠压模式：当电池引脚VBB上的电压低于VBB_UV_L时，进入欠压模式，LIN禁用，但驱动器状态不变。当电池电压高于VBB_UV_H时返回正常模式；若VBB电压低于VBB_POR_L，进入未供电模式。

六、故障检测与处理

开路负载检测

OUT4和OUT8通道在正常模式和上电后可通过开路负载检测阈值电压（V_th_open）和相应的开路负载诊断灌电流（I_th_open）实现开路负载检测。在正常运行时，通过计算不同情况下的阻抗阈值，可确定开路故障的检测范围。

双报告与故障状态

在APPINFO寄存器中，本地热关断和过流检测以逻辑或的方式报告为一个位。当OUT4/8达到热关断阈值或出现过流情况时，相应的驱动器会被锁存关闭，并设置故障标志。只有命令关闭受影响的驱动器，才能清除输出状态和APPINFO寄存器中的信息。同时，全局热关断优先级更高，会屏蔽APPINFO.3位，避免出现特定的位组合。

故障处理总结

不同故障类型在APPINFO寄存器、输出寄存器中的表现不同，驱动器在故障期间和故障解除后的状态也有所差异。清除故障所需的条件也因故障类型而异，例如过流和局部热关断需要命令关闭受影响的驱动器。

七、LIN通信与命令支持

LIN物理层

NCV7748集成了片上LIN收发器接口，与LIN2.x和J2602规范兼容，可与之前的LIN物理层在网络上组合使用。其LIN收发器包括发送器、接收器和唤醒检测器，具备自动比特率检测功能，能自动同步到1 - 20kbps的任何LIN主比特率，并在每个LIN帧的同步字段进行重新同步，同步后能保持比特时间精度在±2%以内。

虚拟LIN节点

采用虚拟LIN节点概念，最多四个LIN继电器驱动器芯片可共享同一个NAD，通过NAD引脚和CONF引脚的外部电阻值来定义虚拟从节点地址和设备在虚拟节点中的位置。只有主节点会响应目标复位和获取节点ID命令，并且主节点激活内部LIN上拉电阻。

支持的LIN命令

涵盖多种LIN命令，包括输出控制、获取节点ID、获取状态、目标复位、广播复位和进入睡眠等。每个命令都有特定的帧结构和应用场景，例如输出控制命令用于控制虚拟节点中的所有驱动器，通过特定的数据字节编码来设置每个通道的状态；获取状态命令用于接收特定的诊断信息，包括错误字段和驱动器状态等。

八、总结与思考

NCV7748作为一款功能强大的汽车级八通道低侧驱动器，在通道驱动能力、故障检测与保护、LIN通信等方面都有出色的表现。其丰富的特性和灵活的配置使其适用于多种汽车电气系统的应用场景。然而，在实际应用中，我们需要根据具体的设计需求，合理选择外部元件参数，确保芯片在各种条件下都能稳定运行。同时，对于LIN通信协议的理解和掌握也至关重要，这样才能更好地利用NCV7748的功能，实现高效可靠的汽车电子系统设计。各位工程师在使用过程中是否也遇到过类似芯片配置上的挑战呢？又有哪些独特的解决方案呢？欢迎在评论区分享。