Atmel ATA6616C/ATA6617C：集成LIN收发器的高性能微控制器

在汽车电子领域，对于高性能、低功耗且集成度高的解决方案需求日益增长。Atmel ATA6616C/ATA6617C正是这样一款满足需求的产品，下面我们来详细了解一下。

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一、产品概述

Atmel ATA6616C/ATA6617C是一款系统级封装（SiP）产品，专为完整的LIN总线节点应用而设计。它将两个IC集成在一个封装中，为车载LIN网络提供了高度集成的解决方案。其中一个芯片是LIN系统基础芯片（LIN - SBC）ATA6624，集成了LIN收发器、5V稳压器（85mA电流能力）和窗口看门狗；另一个芯片是Atmel的AVR 8位微控制器系列中的汽车级微控制器，分别有8KB闪存的Atmel ATtiny87和16KB闪存的Atmel ATtiny167。

主要特性

• 高性能与低功耗：单封装集成AVR 8位微控制器、LIN收发器、5V稳压器和看门狗，睡眠模式下电流消耗极低。
• 大容量闪存：提供8KB/16KB的闪存用于应用程序存储。
• 宽电压范围：电源电压最高可达40V，工作电压为5V - 27V。
• 宽温度范围：工作温度范围为 - 40°C至 + 125°C。
• 小封装：采用QFN38、5mm×7mm封装。

二、引脚配置

该产品的引脚配置较为丰富，涵盖了微控制器的I/O引脚以及LIN - SBC的各种功能引脚。具体引脚功能如下表所示：	Pin	Symbol	Function
1	PB2	Port B 2 I/O line (PCINT10/OC1AV/USCK/SCL)
2	PB1	Port B 1 I/O line (PCINT9/OC1BU/DO)
3	PB0	Port B 0 I/O line (PCINT8/OC1AU/DI/SDA)
……	……	……

工程师们在设计时，需要根据具体的应用需求合理使用这些引脚，以实现所需的功能。例如，对于LIN通信相关的引脚，要确保其正确连接和配置，以保证LIN总线的正常通信。

三、绝对最大额定值

了解产品的绝对最大额定值对于确保设备的安全和可靠性至关重要。该产品在不同方面有相应的最大额定值限制，如静电放电（ESD）、温度、电压等。

ESD相关

• 机器模型ESD AEC - Q100 - Rev.F (003)为 ±150V。
• 按照IBEE LIN EMC测试规范1.0（遵循IEC 61000 - 4 - 2），不同引脚的ESD承受能力不同，如VS、LIN、KL_15等引脚有特定的ESD额定值。

温度相关

• 存储温度范围为 - 55°C。
• 工作温度（ (T{case}) ）范围为 - 40°C至 + 125°C，这里的 (T{case}) 指的是散热片（背面）的温度，在应用中必须保证该背面温度 ≤125°C。

电压相关

不同引脚有不同的电压最大额定值，例如VS引脚的最大电压可达40V，而逻辑引脚（RXD、TXD等）的电压范围为 - 0.3V至 + 5.5V等。

工程师在设计电路时，一定要严格遵守这些绝对最大额定值，避免因超出限制而导致设备损坏。

四、LIN系统基础芯片（LIN - SBC）

特性

• 工作模式灵活：支持主从操作。
• 宽电压范围：电源电压最高可达40V，工作电压 (V_{S}) 为5V - 27V。
• 低功耗：睡眠模式下典型供电电流为10µA，静音模式下为57µA。
• 稳压器性能：线性低压降稳压器，电流能力为85mA，有正常、故障安全和静音模式，睡眠模式下 (V_{CC}) 关闭。
• 保护功能：具备 (V_{CC}) 欠压检测和看门狗复位功能，LIN总线引脚具备过温和短路保护。
• 通信兼容性：LIN物理层符合LIN 2.0、2.1规范和SAEJ2602 - 2。
• 唤醒功能：可通过LIN总线、唤醒引脚或Kl_15引脚唤醒。
• 输出控制：INH输出可控制外部稳压器或关闭主上拉电阻。
• 超时功能：TXD有超时定时器。
• 电磁兼容性：具备先进的EMC和ESD性能，符合OEM“汽车应用中LIN的硬件要求Rev.1.0”，并根据ISO7637提供干扰和损坏保护。

功能描述

物理层兼容性

LIN物理层独立于更高的LIN层，因此符合2.x版本的LIN物理层节点可以与旧版本（如LIN 1.0、1.1等）的节点混合使用，没有任何限制。

电源引脚（VS）

LIN工作电压 (V{S}) 为5V - 27V，当 (V{S}) 低于4V时，会进行欠压检测以禁用数据传输，避免错误的总线消息。上电后，IC进入故障安全模式，稳压器开启。

接地引脚（GND）

即使GND断开，IC也不会影响LIN总线，能够处理高达VS的11.5%的接地偏移。

稳压器输出引脚（VCC）

内部5V稳压器能够驱动高达85mA的负载，通过电流限制和过温关断保护避免过载。当输出电压低于定义的阈值 (V_{thun}) 时，会在NRES输出引脚产生复位信号。还可以使用外部NPN晶体管来提升最大负载电流。

稳压器检测引脚（PVCC）

对于正常应用，该引脚连接到VCC引脚；如果使用外部升压晶体管，则连接到该晶体管的发射极。

总线引脚（LIN）

实现了具有内部电流限制和热关断功能的低侧驱动器以及符合LIN 2.x规范的内部上拉电阻，允许的电压范围为 - 27V至 + 40V，能够抑制LIN总线到VS的反向电流，LIN接收器阈值与LIN协议规范兼容，总线状态的上升和下降时间进行了斜率控制。

输入/输出引脚（TXD）

正常模式下，TXD引脚是微控制器用于控制LIN输出状态的接口；故障安全模式下，该引脚作为输出，电流限制 < 8mA。

TXD主导超时功能

TXD输入有内部上拉电阻，内部定时器防止总线线路永久处于主导状态。如果TXD被强制为低电平超过6ms，LIN总线驱动器将切换到隐性状态，要重新激活驱动器，需将TXD切换到高电平（> 10µs）。

输出引脚（RXD）

该引脚向微控制器报告LIN总线的状态，输出有内部上拉电阻，与VCC典型值为5kΩ，可通过外部20pF负载电容定义交流特性，输出具备短路保护，在无电源模式（ (V_{S}=0V) ）下关闭。

使能输入引脚（EN）

控制设备的操作模式。EN为高电平时，电路处于正常模式，TXD到LIN和LIN到RXD的传输路径均激活，VCC稳压器以5V/85mA输出能力工作；EN为低电平且TXD为高电平时，设备进入静音模式，无数据传输，电流消耗降低；EN为低电平且TXD为低电平时，设备进入睡眠模式，稳压器关闭。

唤醒输入引脚（WAKE）

用于从睡眠模式或静音模式唤醒设备，通常连接到外部开关以产生本地唤醒信号，有典型值为10µA的上拉电流源。如果不需要本地唤醒功能，可将该引脚直接连接到VS引脚。

模式输入引脚（MODE）

正常看门狗操作时，将该引脚直接或通过外部电阻连接到GND；调试连接的微控制器软件时，将该引脚连接到VCC可关闭看门狗。

TM输入引脚

用于Atmel的最终生产测量，正常应用中必须始终连接到GND。

KL_15引脚

用于从睡眠或静音模式唤醒设备，是一个边沿敏感引脚（低到高转换），通常连接到点火装置以在点火开启时产生本地唤醒信号。可通过外部电阻调整输入电压阈值，建议使用47kΩ串联电阻和100nF陶瓷电容来保护该引脚免受电压瞬变影响。

INH输出引脚

在正常或故障安全模式下用于开启外部稳压器，在睡眠或静音模式下关闭，可通过该引脚关闭主节点应用中的外部1kΩ主电阻，在 (V_{CC}) 欠压复位期间关闭。

复位输出引脚（NRES）

在 (V_{CC}) 欠压或看门狗故障时，该开漏输出引脚切换到低电平。

WD_OSC输出引脚

提供典型值为1.2V的电压，通过连接34kΩ - 120kΩ的外部电阻来调整看门狗振荡器时间。

NTRIG输入引脚

是窗口看门狗的触发输入，有上拉电阻，负边沿触发看门狗，触发信号（低电平）必须超过最小时间 (t_{trigmin}) 才能产生看门狗触发。

工作模式

Mode of Operation	Transceiver	VCC	Watchdog	WD_OSC	INH	RXD	LIN
Fail - safe	Off	5V	On	1.23V	On	High, except after wake up	Recessive
Normal	On	5V	On	1.23V	On	LIN depending	TXD depending
Silent	Off	5V	Off	0V	Off	High	Recessive
Sleep	Off	0V	Off	0V	Off	0V	Recessive

正常模式

这是LIN接口符合LIN 2.x规范的正常收发模式，稳压器激活，可提供高达85mA的电流，欠压检测激活，看门狗需要NTRIG的触发信号以避免NRES复位。

静音模式

当TXD为高电平时，EN的下降沿将IC切换到静音模式，传输路径禁用，整体电源电流为 (I_{VSsi}=57mu A) 加上 (VCC) 相关电流。LIN引脚的内部从端终端在静音模式下禁用，只有弱上拉电流。当LIN引脚电压低于LIN PreWake检测电压 (V{LINL}) 时，激活内部LIN接收器并开启内部从端终端。LIN引脚的下降沿后接一定时间的主导总线电平，再加上上升沿，会产生远程唤醒请求，设备从静音模式切换到故障安全模式。

睡眠模式

当TXD为低电平时，EN的下降沿将IC切换到睡眠模式，传输路径禁用，电源电流 (I_{VSSsleep}) 典型值为10µA，VCC稳压器和INH输出关闭，NRES和RXD为低电平，LIN引脚的内部从端终端禁用。与静音模式类似，LIN引脚的特定信号变化会产生远程唤醒请求，设备从睡眠模式切换到故障安全模式。

故障安全模式

系统上电时，设备自动切换到故障安全模式，稳压器开启，NRES输出低电平4ms以复位微控制器，LIN通信关闭，直到EN切换到高电平，设备才切换到正常模式。

无电源模式

当连接电池电压时，VS引脚电压根据块电容上升，当VS高于欠压阈值 (VS{th}) 时，IC从无电源模式切换到故障安全模式，VCC输出电压在 (t{vcc}) 后达到标称值，NRES在复位时间延迟 (t_{reset}) 内为低电平，在此期间不能进行模式切换。

唤醒场景

远程唤醒（通过主导总线状态）

当LIN引脚电压低于 (V{LINL}) 时，激活内部LIN接收器。LIN引脚的下降沿后接一定时间的主导总线电平 (V{BUSdom}) ，再加上上升沿，会产生远程唤醒请求，设备从静音或睡眠模式切换到故障安全模式，VCC稳压器激活，INH引脚置高，RXD引脚低电平向微控制器产生中断。

本地唤醒（通过WAKE引脚）

WAKE引脚的下降沿后接一定时间的低电平会产生本地唤醒请求，设备切换到故障安全模式，RXD引脚低电平向微控制器产生中断，TXD引脚强下拉。当WAKE引脚为低电平时，可通过EN引脚切换到静音或睡眠模式。

本地唤醒（通过KL_15引脚）

KL_15引脚的正边沿后接一定时间的高电压电平会产生本地唤醒请求，设备切换到故障安全模式，RXD引脚低电平向微控制器产生中断，TXD引脚强下拉。在KL_15引脚高电平时，可通过EN引脚切换到静音或睡眠模式。

唤醒源识别

设备能够区分本地唤醒请求（Wake或KL_15引脚）和远程唤醒请求（通过LIN总线），在故障安全模式下，可通过TXD引脚读取唤醒源，高电平表示远程唤醒请求，低电平表示本地唤醒请求。当微控制器将EN引脚置高且IC处于正常模式时，唤醒请求标志和唤醒源标志会立即复位。

故障安全特性

• LIN短路：LIN到电池短路时，输出限制电流，芯片温度超过 (T{LINoff}) 时，LIN输出关闭，芯片冷却后，经过滞后 (T{hys}) 再次开启输出，RXD保持高电平。LIN到GND短路时，IC可切换到睡眠或静音模式，短路消失后，IC通过远程唤醒启动。
• VCC短路：VCC短路时，输出限制电流，由于欠压，NRES置低并向微控制器发送复位信号，IC切换到故障安全模式。芯片温度超过 (T{VCCoff}) 时，VCC输出关闭，冷却后经过滞后 (T{hys}) 再次开启输出。
• 其他保护：EN引脚有下拉电阻，TXD引脚有上拉电阻，分别在引脚断开时将收发器强制为隐性模式；RXD引脚在 (V{Batt}) 断开时浮空；TXD短路到GND时，经过 (t{dom}>20ms) 可通过ENABLE切换到睡眠模式；WD_OSC引脚短路到GND或电阻断开时，看门狗使用内部振荡器，保证在第二个NTRIG信号后最晚复位。

电压调节器

电压调节器需要外部电容进行补偿和平滑微控制器的干扰，建议使用 (C ≥1.8mu F) 的电解电容和 (C = 100nF) 的陶瓷电容，具体电容值可根据应用进行调整。IC的主要功耗来自VCC输出电流 (I_{VCC}) 。

综上所述，Atmel ATA6616C/ATA6617C凭借其丰富的功能和优秀的性能，为汽车电子中的LIN总线应用提供了一个可靠且集成度高的解决方案。工程师们在设计相关电路时，需要充分了解其特性和功能，合理配置引脚和参数，以确保系统的稳定运行。大家在实际应用中遇到过哪些与该产品相关的问题呢？欢迎在评论区分享交流。