汽车级四路高端驱动器NCV760040：特性、应用与设计要点解析

在汽车电子以及其他对可靠性和性能要求较高的应用领域，高端驱动器扮演着至关重要的角色。今天我们要深入探讨的是安森美（onsemi）推出的一款汽车级四路高端驱动器——NCV760040，它具备众多出色的特性和功能，能满足多种复杂应用场景的需求。

文件下载：onsemi NCV760040电源开关IC.pdf

产品概述

NCV760040是一款集成了四个高端开关的汽车级驱动器。它采用两个背对背的NMOS功率晶体管构建独立的高端输出，具备真正的反向电流阻断能力。每个输出都能有效抵御短路到电池、短路到地以及过热等故障，并且在关断状态下还支持开路负载诊断，有助于系统级的故障检测。

该产品具有低静态电流的睡眠模式，可通过EN引脚进行控制。当EN引脚从低电平变为高电平时，设备从睡眠模式转换为活动模式，此时可通过I²C接口对设备进行配置和输出控制；反之，当EN引脚从高电平变为低电平时，设备进入睡眠模式，输出被禁用，所有设备寄存器重置为默认状态。

应用示意图

方框图

关键特性

输出性能

• 四路高端通道：每通道峰值电流可达1.2A，典型导通电阻RDS(ON)为500mΩ，最大为1.0Ω，能够为负载提供稳定的驱动能力。
• 低静态电流：在睡眠模式下，VDD睡眠电流低至3.0 - 5.0μA（不同温度范围），VINx睡眠电流为1.0 - 5.0μA，有效降低了功耗。
• 输出保护：具备短路到电池、短路到地和过热保护功能，确保在异常情况下设备和负载的安全。

控制与诊断

• I²C接口：通过I²C总线进行输出控制和诊断报告，SCL频率最高可达1MHz，支持单字节和多字节读写操作，方便与微控制器等设备进行通信。
• 状态报告：通过I²C和开漏故障引脚进行状态报告，可实时了解设备的工作状态和故障信息。
• 电流检测：支持通过I²C和CS引脚进行电流检测读数，能够准确监测输出电流。

其他特性

• 可调节电流限制：通过外部电阻RCL设置基线电流限制，并可通过I²C接口进行每通道的电流限制偏移调整，以适应不同的负载需求。
• 开路负载检测：支持关断状态下的开路负载诊断，有助于及时发现负载故障。
• 温度保护：具备热警告和热关断功能，当结温超过设定阈值时，会采取相应的保护措施。

应用领域

NCV760040的应用范围广泛，尤其适用于以下领域：

• 汽车电子：如摄像头开关、LED灯、传感器以及高级驾驶辅助系统（ADAS）等，为汽车电子设备提供可靠的驱动和保护。
• 信息娱乐系统：在车载信息娱乐系统中，可用于功率传输和设备控制。
• 同轴供电（PoC）：为需要通过同轴电缆供电的设备提供解决方案。

硬件设计要点

引脚功能与连接

NCV760040采用QFNW20 3.5 x 3.5 mm的封装，各引脚具有特定的功能。在设计时，需要根据实际需求正确连接引脚。例如：

• 电源引脚：VIN1和VIN2分别为输出OUT1 - OUT2和OUT3 - OUT4提供电源，可直接连接到经过调节的电池电压总线或较低的总线电压；VDD为模拟和数字功能提供电源，需连接合适的电容进行滤波。
• 控制与通信引脚：SCL和SDA为I²C时钟和数据输入/输出引脚，需连接上拉电阻到VDD；EN为使能输入引脚，用于控制设备的睡眠和活动模式。
• 检测与配置引脚：CS为电流检测输出引脚，可连接电阻到地以实现ADC功能；CL为基线电流限制设置引脚，需连接电阻到地以设置ILIM功能；ADD为IC地址选择引脚，通过连接电阻到地来设置目标设备的I²C地址。

外部元件选择

根据数据手册的推荐，选择合适的外部元件对于设备的正常工作至关重要。以下是一些关键外部元件的选择建议：	参考	引脚	值
CVINx	VIN1, VIN2	10μF // 0.1μF
CvDD	VDD	0.1 μF
RADD	ADD	470Ω - 100.0kΩ
RSDA	SDA	4.7kΩ
RsCL	SCL	4.7kΩ
Rcs	CS	330Ω
RCL	CL	2.5kΩ - 30kΩ
RFAULT	FAULT	4.7kΩ
CoUT	OUT1 - 4	0.1 μF

I²C通信协议

NCV760040遵循I²C总线协议，在进行通信时需要注意以下几点：

• 地址编程：通过外部电阻RADD在ADD引脚编程目标I²C地址，最多可支持八个NCV760040目标设备，每个设备具有唯一的地址。
• 交易序列：包括单字节和多字节的读写交易序列，在交易过程中需要遵循正确的START、STOP条件和ACK/NACK信号规则。例如，在单字节写序列中，先发送START条件，然后发送目标设备地址和寄存器地址，接着写入数据，最后发送NACK和STOP条件结束交易。

寄存器配置与应用

NCV760040通过十二个定义的设备寄存器地址进行控制、配置和状态监测。以下是一些重要寄存器的功能和应用：

OUTPUT CONTROL (R0)

用于每通道输出的启用/禁用以及短路到电池消隐定时器的配置。通过写入相应的寄存器位来选择配置选项，并通过读取相同的寄存器位来确认配置。

CONFIGURATION (R1)

可进行每通道ILIM保护延迟的配置、全局过压锁定控制以及电流检测和ADC功能块的配置。例如，通过设置LATCH_X位来选择ILIM定时器的时间，设置OVLO位来控制过压时输出的状态。

CURRENT LIMIT SHIFT (R2)

用于每通道ILIM保护基线电流限制的修改，可通过I²C接口对每个通道的电流限制进行偏移调整，以适应不同的负载需求。

ADC READOUT (R4)

提供对嵌入式8位ADC转换数据的只读访问，可通过该寄存器读取输出电流或外部信号的转换结果。

DIAGNOSTICS OUTx (R5 - R8)

用于检索每个输出通道的状态和故障诊断信息，包括输出是否启用、是否检测到短路到电池、开路负载、过流、热警告和热关断等故障。

GLOBAL DIAGNOSTICS (R9)

可获取所有四个驱动通道的诊断状态以及全局VINx欠压和过压故障信息，帮助用户全面了解设备的工作状态。

FAULT PIN CONFIGURATION (R10)

用于配置全局开漏故障标志，可选择性地将特定的故障类型映射到故障引脚，方便快速诊断故障类型。

DEVICE ID (R11)

提供目标设备的硬编码标识符字符串，可用于设备识别和调试。

故障处理与恢复

在实际应用中，NCV760040可能会遇到各种故障，如短路到电池、短路到地、过热、欠压和过压等。故障恢复是一个多步骤的过程，通常包括以下步骤：

1. 确定故障类别：通过读取GLOBAL DIAGNOSTICS寄存器（0x71/R9）确定故障是全局还是每通道的。
2. 确定具体故障类型：读取DIAGNOSTICS OUTx寄存器（0x31 - 0x61/R5 - R8）的相应位来确定具体的故障类型。
3. 验证输出状态：读取OUTPUT CONTROL寄存器（0x11/R0）的EN_OUTx位来验证受影响输出的预期状态。
4. 解决故障原因：采取相应的措施解决故障的根本原因，如排除短路、降低温度等。
5. 清除诊断寄存器位：对于一些故障，需要通过写入相应的寄存器位来清除诊断信息，例如对于ILIM和TSD故障，需要在故障排除后发送寄存器清除命令（RCC）。

需要注意的是，不同故障类型的处理方式和恢复条件可能会有所不同，具体可参考数据手册中的详细说明。

总结

NCV760040作为一款功能强大的汽车级四路高端驱动器，具有丰富的特性和完善的保护功能，适用于多种复杂的应用场景。在硬件设计过程中，需要正确连接引脚、选择合适的外部元件，并遵循I²C通信协议进行寄存器配置和控制。同时，了解故障处理和恢复机制，能够确保设备在遇到故障时能够及时恢复正常工作。希望本文能够为电子工程师在使用NCV760040进行设计时提供有价值的参考。你在实际应用中是否遇到过类似芯片的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。