TLE9261QX系统基础芯片：汽车应用的理想选择

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，同时作为CAN总线网络的接口，确保数据的可靠传输。英飞凌的TLE9261QX就是这样一款功能强大的SBC，下面我们就来深入了解一下它。

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一、产品概述

TLE9261QX是英飞凌中程系统基础芯片家族的一员，采用了带外露焊盘的VQFN - 48（7mm x 7mm）功率封装，具备引脚尖端检测（LTI）功能，支持自动光学检测（AOI）。该芯片专为各种CAN汽车应用而设计，能为微控制器提供主电源，并作为CAN总线网络的接口。

1.1 产品系列

TLE9261QX所在的产品家族具有可扩展性，不同产品变体可实现完整的可扩展应用覆盖，且家族内硬件和软件完全兼容。例如TLE9263配备2个LIN收发器和3个电压调节器，TLE9262有1个LIN收发器和3个电压调节器，TLE9261没有LIN收发器但有3个电压调节器，TLE9260没有LIN收发器且只有2个电压调节器。此外，还有适用于5V（TLE926xQX）和3.3V（TLE926xQXV33）输出电压的产品变体，以及CAN部分网络变体（TLE926x - 3QX和TLE926x - 3QXV33）。

1.2 关键特性

• 低静态电流：在停止和睡眠模式下，静态电流消耗极低，有助于降低系统功耗。
• 周期性唤醒功能：在SBC正常和停止模式下支持周期性循环唤醒，在正常、停止和睡眠模式下支持周期性循环感应，可有效减少设备和应用的静态电流。
• 电压调节器：提供多个低降压电压调节器，包括一个5V、250mA的低降压电压调节器用于微控制器供电，一个5V、100mA且具备板外保护功能的低降压电压调节器用于传感器供电，还有一个可驱动外部PNP晶体管的低降压电压调节器，可配置为独立供电或与主调节器VCC1进行负载共享。
• 高速CAN收发器：完全符合ISO11898 - 2和ISO11898 - 5标准，适用于无扼流圈操作，最高速率可达500kbps，支持高达2Mbps的CAN FD通信。
• 高侧开关：拥有四个典型阻值为7Ω的高侧输出，具备过压、欠压、过流和开路负载检测等保护功能，还支持PWM和定时器功能。
• 其他特性：具有三个通用高压唤醒输入用于电压电平监测，可配置唤醒源，配备复位输出、可配置的超时和窗口看门狗，具备过温和短路保护功能，工作电压和温度范围宽，软件与所有SBC家族TLE926x和TLE927x兼容，是符合RoHS标准的绿色产品且通过AEC认证。

二、引脚配置与功能

2.1 引脚分配

TLE9261QX共有48个引脚，每个引脚都有特定的功能。例如，GND引脚用于接地，VS引脚为芯片内部供电和电压调节器提供电源，VCC1、VCC2和VCC3分别为不同的电压调节器输出引脚，HS1 - HS4为高侧输出引脚，WK1 - WK3为唤醒输入引脚，CANH和CANL为CAN总线引脚等。

2.2 未使用引脚处理

对于未使用的引脚，需要进行正确的配置。例如，WK1/2/3应连接到GND并通过SPI禁用；HSx应保持开路；CANH/L、RXDCAN、TXDCAN等引脚应全部开路；RO / FOx应保持开路；INT应保持开路；TEST在上电时连接到GND可激活SBC开发模式，连接到VS或保持开路可进行正常用户模式操作；VCC2应保持开路并禁用；VCC3的未使用引脚应按特定方式连接；n.c.引脚应连接到GND；N.U.引脚用于内部测试，不应连接，应保持开路。

2.3 备用引脚功能

部分引脚具有备用功能，需要通过SPI进行正确配置。例如，WK1和WK2可作为高压唤醒/电压监测输入或用于电压测量功能，在使用电压测量功能时，应禁用其唤醒检测和循环感应功能；FO2和FO3可配置为通用I/O引脚，在配置为GPIO时，不应再用于故障输出功能。

三、工作模式

TLE9261QX提供六种工作模式，每种模式都有其特定的功能和应用场景。

3.1 SBC初始化模式

设备在上电或软复位后进入此模式，在此期间，设备等待微控制器完成启动和初始化序列。在此模式下，任何有效的SPI命令都可将SBC切换到正常模式，同时看门狗会在长开放窗口内启动，需要在该窗口内触发看门狗，否则将导致看门狗故障，设备进入重启模式。

3.2 SBC正常模式

这是SBC的标准工作模式，在此模式下，VCC1处于激活状态，VCC2可开关，VCC3可配置，CAN可配置，HS输出可开关或通过PWM控制，唤醒引脚可检测输入电平并可配置为唤醒源，循环感应和循环唤醒功能可配置，看门狗可配置，FOx输出默认关闭。

3.3 SBC停止模式

这是一级节能模式，VCC1仍处于激活状态，为微控制器供电，微控制器可进入掉电模式。VCC2、VCC3、CAN模式和HS输出等配置保持不变，在此模式下，除了切换到正常模式、触发软复位、刷新看门狗以及读取和清除SPI状态寄存器外，其他SPI写命令将被忽略。

3.4 SBC睡眠模式

这是二级节能模式，VCC1关闭，不向微控制器供电。VCC2和HS输出可配置保持启用，在此模式下，CAN模式自动切换到唤醒模式或可选择关闭，看门狗关闭，FOx输出状态保持不变。唤醒事件将使设备通过重启模式进入正常模式。

3.5 SBC重启模式

进入此模式的原因有多种，如VCC1欠压、过压、看门狗触发失败、从睡眠或故障安全模式唤醒等。此模式的目的是复位微控制器，之后设备将自动进入正常模式。

3.6 SBC故障安全模式

在发生关键故障（如看门狗故障、VCC1欠压复位等）时，设备进入此模式，VCC1关闭，微控制器断电，以确保系统处于安全状态。在此模式下，默认唤醒源（CAN、WK1 - 3）被激活，所有输出驱动器和电压调节器关闭，直到发生唤醒事件。

3.7 SBC开发模式

此模式用于模块开发阶段，特别是软件开发。与默认的SBC用户模式相比，此模式下看门狗停止工作，无需触发，不会因看门狗故障进入故障安全和重启模式，但进入这些模式的其他原因仍然有效。在SBC初始化模式期间，将FO3/TEST引脚设置并保持为LOW可自动进入此模式。

四、主要功能模块

4.1 电压调节器

• 电压调节器1（VCC1）：为5V低降压电压调节器，在正常和停止模式下开启，睡眠和故障安全模式下禁用。具备欠压监测、短路检测和过流限制等功能，可提供高达250mA的输出电流。在停止模式下，为降低静态电流，输出电压容差会减小，当负载电流超过选定阈值时，高功率模式调节器将被激活。
• 电压调节器2（VCC2）：同样是5V低降压电压调节器，可在正常、停止和睡眠模式下开启（故障安全模式下关闭），具备短路保护和欠压监测功能，可提供高达100mA的输出电流。在停止模式下，为降低静态电流，输出电压容差会减小，当负载电流超过阈值时，高功率模式调节器将被启用。
• 外部电压调节器3（VCC3）：可作为独立电压调节器或与VCC1进行负载共享。在独立配置下，可选择5V或3.3V输出电压，具备过流限制和欠压关机功能；在负载共享配置下，可增加VCC1的总电流能力。

4.2 高侧开关

高侧开关可用于控制LED、为唤醒输入供电和驱动其他负载，由专用电源引脚VSHS供电。具备过压和欠压关断、过流检测和关断、开路负载检测、PWM和定时器功能等。在停止和睡眠模式下，可用于循环感应功能。

4.3 高速CAN收发器

提供高速差分模式数据传输和接收功能，支持CAN FD通信，具备低功耗模式，可通过CAN总线消息唤醒。支持多种工作模式，如CAN关闭模式、正常模式、接收仅模式和唤醒模式等。

4.4 唤醒和电压监测输入

具有三个高压输入引脚，具备3V（典型值）的阈值电压，可用于唤醒和电压监测。可通过SPI配置为静态感应或循环感应模式，具备边缘敏感唤醒功能，可选择上拉和下拉电流源。

4.5 中断功能

用于向微控制器实时信号特殊事件，可通过SPI选择两种中断类：唤醒中断和全局中断。中断引脚在正常和停止模式下被拉低，释放后表示中断结束。

4.6 故障输出

由故障逻辑块和三个开漏输出（FO1、FO2、FO3）组成，在发生看门狗触发故障、热关断、VCC1短路、VCC1过压等故障时激活。FO1为静态故障输出，FO2为1.25Hz、50%占空比的输出，FO3为100Hz、20%占空比的输出。

4.7 监督功能

• 复位功能：复位输出引脚RO在输出电压低于欠压阈值或发生看门狗触发故障时拉低，保持低电平直到复位事件结束。
• 看门狗功能：用于监测微控制器的软件执行情况，可选择超时看门狗或窗口看门狗。在不同的SBC模式下，看门狗的工作方式不同。
• 电源上电复位：在设备上电时，当VS超过POR阈值时，SPI位POR置位，VCC1启动，复位输出保持LOW，直到VCC1超过复位阈值并经过复位延迟时间后释放。
• 欠压和过压保护：对VS、VSHS、VCC1、VCC2和VCAN等电压进行监测，在发生欠压或过压时采取相应措施。
• 热保护：具备个体热关断、温度预警告和SBC热关断等保护功能，可确保设备在高温环境下的安全运行。

五、SPI接口

TLE9261QX通过16位SPI接口进行配置和监测，包括控制寄存器和状态寄存器。控制寄存器用于配置SBC的各种功能，如SBC模式、看门狗触发等；状态寄存器用于信号SBC的状态，如唤醒事件、警告、故障等。在SPI通信中，需要注意避免无效命令，否则将设置SPI_FAIL位。

六、应用信息

6.1 应用电路

文档提供了简化的应用电路图和物料清单，包括电容、电阻、二极管、晶体管和微控制器等元件。在设计应用电路时，需要根据实际需求选择合适的元件，并注意未使用输出引脚的处理。

6.2 ESD测试

该芯片进行了ESD鲁棒性测试，目标值为在CANH、CANL、VS、WK1 - 3、HSx、VCC2和VCC3引脚与GND之间进行ESD“枪测试”时，正脉冲大于6kV，负脉冲小于 - 6kV。

6.3 热性能

文档展示了设备的热阻与PCB底部冷却面积的关系图，可帮助工程师优化PCB设计，提高设备的散热性能。

TLE9261QX作为一款功能强大的系统基础芯片，为汽车电子应用提供了全面的解决方案。其丰富的功能和灵活的配置选项，使其能够满足不同应用场景的需求。在实际设计中，工程师需要根据具体需求合理配置芯片的各项功能，确保系统的可靠性和稳定性。