TLE9261BQXV33：汽车应用中的多功能系统基础芯片

在汽车电子领域，系统基础芯片（SBC）扮演着至关重要的角色，它为微控制器提供稳定的电源，同时负责与CAN总线网络进行通信。英飞凌的TLE9261BQXV33就是这样一款功能强大的SBC，下面我们就来详细了解一下它。

文件下载：TLE9261BQXV33XUMA1.pdf

一、产品概述

1.1 产品家族

TLE9261BQXV33属于英飞凌的Mid - Range+系统基础芯片家族，该家族具有可扩展性，涵盖了多种产品，以满足不同的应用需求。不同产品变体都有专门的数据手册，且整个家族在硬件和软件方面具有完全的兼容性。例如，TLE9263配备2个LIN收发器和3个电压调节器，TLE9262配备1个LIN收发器和3个电压调节器，而TLE9261则没有LIN收发器，但同样具备3个电压调节器。此外，还有针对5V（TLE926xQX）和3.3V（TLE926xQXV33）输出电压的产品变体，以及支持CAN部分网络的5V（TLE926x - 3QX）和3.3V（TLE926x - 3QXV33）输出电压变体。

1.2 器件描述

TLE9261BQXV33采用具有引脚末端检查（LTI）功能的外露焊盘VQFN - 48（7mm x 7mm）功率封装，支持自动光学检测（AOI）。该器件专为各种CAN汽车应用而设计，可作为微控制器的主电源，同时作为CAN总线网络的接口。它提供了多种功能，包括3.3V低压差电压调节器（LDO）为微控制器供电，5V低压差电压调节器并带有板外保护功能为传感器供电，3.3V/1.8V调节器驱动外部PNP晶体管，可作为独立电源或与主调节器VCC1进行负载共享配置。此外，它还具备高速CAN收发器支持CAN FD数据传输、带嵌入式保护功能的高端开关以及16位串行外设接口（SPI）来控制和监控设备。同时，还实现了可配置的超时/窗口看门狗电路、三个故障输出和欠压复位功能。

二、产品特性

2.1 电源管理

• 多电压调节器：集成了两个低压差电压调节器，主调节器（5V或3.3V，最大250mA）和辅助调节器（5V，最大100mA），并具有板外使用保护功能。此外，还有一个可配置的电压调节器（5V、3.3V或1.8V），可通过外部PNP晶体管实现板外使用或负载共享。
• 低功耗模式：在停止和睡眠模式下具有极低的静态电流消耗，同时支持周期性循环唤醒和周期性循环感应功能，有助于降低设备和应用的静态电流。

2.2 通信功能

• 高速CAN收发器：完全符合HS - CAN标准ISO 11898 - 2:2016，支持高达5 Mbps的CAN FD通信，具备CAN部分网络和CAN FD容忍模式。

2.3 输出与输入

• 高端输出：四个典型7Ω的高端输出，以及两个通用高压输入/输出（GPIOs），可配置为额外的故障输出、唤醒输入、低端开关或高端开关。
• 唤醒输入：三个通用高压唤醒输入，用于电压电平监控，还具备替代高压测量功能，例如用于电池电压感应。

2.4 保护与监控

• 集成保护：具备过温、短路保护功能，以及可配置的超时和窗口看门狗，确保设备在各种故障条件下的安全性。
• 故障输出：最多可配置三个故障输出，根据配置不同，在故障发生时提供相应的信号。

2.5 其他特性

• SPI接口：通过16位SPI接口进行配置和诊断，与TLE926x和TLE927x系列的所有SBC家族软件兼容。
• 绿色产品：符合RoHS标准，且通过AEC认证，适用于汽车应用。

三、系统功能

3.1 状态机与工作模式

TLE9261BQXV33提供了六种工作模式，分别为SBC Init Mode（初始化模式）、SBC Normal Mode（正常模式）、SBC Stop Mode（停止模式）、SBC Sleep Mode（睡眠模式）、SBC Restart Mode（重启模式）和SBC Fail - Safe Mode（故障安全模式）。此外，还有一个特殊的SBC Development Mode（开发模式），用于软件开发和调试阶段，在该模式下看门狗计数器停止工作，无需触发。

3.2 唤醒特性

• 静态感应：WK输入永久激活。
• 循环感应：WK输入仅在循环感应周期的导通时间内激活，可降低设备和应用的静态电流。
• 循环唤醒：通过内部定时器控制的内部唤醒源，可在正常和停止模式下周期性触发中断。
• CAN唤醒：可通过CAN消息唤醒设备。

3.3 监控特性

该设备提供了多种监控功能，包括复位功能、看门狗功能、电源欠压和过压检测、过热保护等，以支持功能安全要求。

四、电压调节器

4.1 电压调节器1（VCC1）

• 功能特点：3.3V低压差电压调节器，具备欠压监控、短路检测和过热保护功能。在停止模式下，为了降低静态电流，输出电压容差会减小，当负载电流超过选定阈值时，会激活高功率模式调节器以支持动态负载。
• 电气特性：在不同的工作模式和负载条件下，输出电压具有一定的范围，同时具备输出压降、有源峰值阈值等特性。

4.2 电压调节器2（VCC2）

• 功能特点：5V低压差电压调节器，具备短路保护、欠压监控和过热保护功能，可用于板外传感器供电或CAN供电。在停止和睡眠模式下，同样会根据负载情况调整工作模式。
• 电气特性：输出电压在不同模式和负载下有相应的范围，同时具备输出压降、有源峰值阈值等特性。

4.3 外部电压调节器3（VCC3）

• 功能特点：可作为独立电压调节器或与VCC1进行负载共享配置，通过外部PNP晶体管实现。具备过流限制、欠压关机等功能，输出电压可通过SPI选择3.3V或1.8V。
• 电气特性：在不同配置和工作模式下，输出电压具有一定的范围，同时具备驱动电流能力、输入电流、分流电压阈值等特性。

五、高端开关

5.1 功能特点

• 专用电源引脚：高端输出由专用电源引脚VSHS供电，支持改善启动条件下的性能。
• 保护功能：具备过压和欠压关断、过流检测和关断、开路负载检测等功能，可通过SPI进行配置。
• PWM和定时器功能：两个8位PWM发生器可用于生成PWM信号，实现亮度调节或补偿电源电压波动。

5.2 电气特性

包括静态漏源导通电阻、泄漏电流、输出压摆率、开关时间、短路关断电流、开路负载检测电流等特性。

六、高速CAN收发器

6.1 功能特点

• 高速通信：提供高速（HS）差分模式数据传输和接收，支持CAN FD通信，最高可达5 Mbps。
• 低功耗模式：具备低功耗模式，可降低电流消耗，支持部分节点断电的网络。
• 唤醒功能：可通过CAN消息唤醒设备，使微控制器能够进入低功耗状态。

6.2 电气特性

包括CAN总线接收器的差分接收器阈值电压、输入电阻、输入电容等特性，以及CAN总线发送器的输出电压、输出电压差等特性。

七、唤醒和电压监控输入

7.1 功能特点

• 高压输入：三个高压输入，具有典型3V的阈值电压。
• 替代测量功能：通过WK1和WK2实现高压感应的替代测量功能。
• 唤醒能力：具备唤醒功能，支持静态感应和循环感应模式。

7.2 电气特性

包括唤醒/监控阈值电压、阈值滞后、上拉和下拉电流、输入泄漏电流等特性。

八、中断功能

8.1 功能特点

• 实时信号：用于向微控制器实时信号化特殊事件，可通过SPI选择两种中断类，分别为唤醒中断和全局中断。
• 中断触发：在正常和停止模式下，中断触发时INT引脚拉低，持续时间为tINT，两次连续中断之间的最小高电平时间为tINTD。

8.2 电气特性

包括INT引脚的高输出电压、低输出电压、脉冲宽度、脉冲最小延迟时间等特性。

九、故障输出

9.1 功能特点

• 故障信号：由故障逻辑块和三个开漏输出（FO1、FO2、FO3）组成，在多种故障条件下激活，如看门狗触发故障、热关断、VCC1短路到地、VCC1过压等。
• 替代功能：FO2和FO3可配置为通用I/O引脚，具备唤醒输入、低端开关或高端开关功能。

9.2 电气特性

包括FO1、FO2、FO3的输出电压、频率、占空比等特性，以及GPIO的输出电压、输入阈值电压、电流限制等特性。

十、SPI接口

10.1 功能特点

• 数据传输：16位宽的控制输入字通过SDI输入，与微控制器提供的时钟输入CLK同步，输出字同步出现在SDO。
• 故障信号：当微控制器发送错误的SPI命令时，会设置诊断位‘SPI_FAIL’，并忽略该命令。

10.2 电气特性

包括SPI频率、逻辑输入和输出的电压阈值、滞后、上拉和下拉电阻、输入电容等特性，以及数据输入和输出的时序特性。

十一、应用信息

11.1 应用图

文档提供了简化的应用图，展示了TLE9261BQXV33在实际应用中的连接方式，包括电源、CAN总线、唤醒输入、高端输出等部分。同时，还列出了应用图中所需的电容、电阻、二极管、晶体管等元件的典型值和用途。

11.2 ESD测试

该器件进行了ESD鲁棒性测试，结果显示在CANH、CANL、VS、WK1..3、HSx、VCC2、VCC3等引脚与地之间的ESD测试中，正脉冲大于6 kV，负脉冲小于 - 6 kV。

11.3 热行为

文档给出了器件的热阻（Rth_JA）与PCB底部冷却面积的关系图，以及PCB的设置信息，为散热设计提供了参考。

TLE9261BQXV33是一款功能丰富、性能可靠的系统基础芯片，适用于多种汽车应用场景。电子工程师在设计汽车电子系统时，可以充分利用其各种特性，实现高效、稳定的电源管理和通信功能。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。