基于TLE9263應用軟硬件設計

汪春華 張玉穩 裴靜 白穩峰

中國汽車技術研究中心 天津市 300300

1 引言

汽車電子技術[1]在電子信息、電子加工工藝和軟件技術迅猛發展下不斷進步，目前整車上汽車電子產品價值所占比重越來越高，舒適性和安全性新功能以及部分性能提升和汽車電子技術進步或應用拓展相關度越來越高。在目前汽車電子產品產品中，用分立芯片和電子元器件組成系統由于產品繼承和延續性還占有很大一部分，在汽車電子技術功能要求更加復雜，安全性更高、所占面積更小，功耗更低、性價比更合適的趨勢下，下一代汽車電子產品開發設計中，集成多種功能的芯片組或基礎芯片逐漸得到用戶的重視，逐步設計到汽車電子產品中，集成芯片未來有廣泛的應用前景。

TLE9263[2]是一款面對車身控制系統的基礎型芯片，利用它開發出車身控制系統可以替代至少6個分立芯片，如電源LDO、硬件看門狗、CAN驅動、LIN驅動、高邊驅動、普通GPIO控制。用TLE9263[3]替代這些分立芯片，不但能減少PCB分立元件數量，分立器件占有PCB有效面積的三分一，同時也能縮小整個產品所占空間。TLE9263具有多種控制模式和多種保護功能，并具有故障信息輸出功能，很好滿足要求越來越嚴格的汽車電子安全性需求，為控制器智能診斷提供硬件和軟件基礎。功能和性能的提升同時，帶來的是高性價比，至少比分立芯片減少一半的成本，應用前景非常廣闊。

2 TLE9263介紹

TLE9263是一個非常緊湊的基礎芯片解決方案，非常適合車身控制系統汽車應用，幾乎每一個車身應用系統都會有電源LDO、硬件看門狗、CAN驅動、LIN驅動、高邊驅動、普通GPIO控制芯片。該器件帶有三路獨立LDO、兩路LIN收發器、一路CAN收發器、四路高邊輸出、兩路普通GPIO輸出、硬件看門狗和多種保護并具有及低功耗，其基本特征如下，功能方框圖如圖1所示。

（1）多種低功耗模式，SleepMode下靜態電流15微安

（2）LUO1通道電壓調節5V，250毫安

（3）LUO2通道電壓調節5V，100毫安

（4）LUO3通道電壓調節帶續流5V，350毫安

（5）高速CAN收發器ISO11898-2/5

（6）兩路LIN收發器LIN 2.2，J2602

（7）四路高邊輸出7Ω typ

（8）兩路普通可配置GPIO輸出

（9）失效模式輸出Fail Outputs

（10）三路帶電壓監控的喚醒源

（11）可配置周期喚醒源

（12）RESET輸出和硬件window watchdog

（13）過溫度和短路保護

（14）寬電壓輸入和溫度范圍

3 硬件設計

車身控制器硬件[3]設計采用大功率電源和車身控制器主電源分開設計方案，主要有兩個目的，一是提高車身控制器[4]電源域安全性，二是防止大功率電源回路干擾耦合主電源，影響主電源EMC特性，降低產品的電磁兼容性能。車身控制器主電源采用兩路輸入VB1、VB2備份設計，安全級別提高，電源備份設計在一路電源斷開或失效時，另一路電源還能保持控制器正常工作，主電源通過反向保護二極管，在瞬態二極管保護下，經過系列電容濾波后輸入給芯片TLE9263供電。TLE9263硬件設計如圖2所示。

圖1 TLE9263功能方框圖

圖2 TLE9263硬件原理圖

TLE9263的VS腳是供電電壓輸入，其輸入來自經過濾波處理的主電源，VSHS也連接到經過濾波處理的主電源，其為LIN和高邊驅動提供電源。三路LDO直接輸出5V，一路VCC1經過系列電容濾波輸出到VDD5V_1，一路VCC2經過系列電容濾波輸出到VDD5V_2，第三路通過Q16三極管提供功率輸出到VDD5V_3，本設計中這三路電源可以獨立使用，也可以合并使用，在車身控制系統中，考慮到低功耗設計，使用VDD5V_1和VDD5V_2合并給MCU和喚醒源供電，VDD5V_3給其他外圍器件供電，這樣既保證休眠喚醒功能，也滿足產品靜態電流要求，同時做到獨立電源分開使用，安全性得到進一步提升。

FO1為TLE9263診斷狀態輸出，當TLE9263進入保護模式或失效模式時，其輸出為低電平，此管腳也作為車身控制器LIMPHOME的觸發腳，實現LIMPHOME功能。WK1通過電阻直接和MCU輸出PIN相連，實現通過MCU喚醒TLE9263。FO2和FO3配置成普通GPIO輸出，補充MCU硬件輸出資源。RO為復位輸出，連接到MCU的RESET，實現上電和硬件看門狗復位功能。HS1-4是帶保護的高邊輸出，主要應用LED燈的控制。TLE9263通過4線SPI接口和MCU進行信息數據交互，其是SPI接口中的從節點。

TLE9263帶有兩路LIN和一路CAN總線收發器，其硬件原理圖如圖3所示。TLE9263兩路LIN硬件原理圖一樣，電源電壓12V通過D23和電阻R443給總線供電，其中R443是1206封裝，該電阻必須是大功率封裝，主要考慮LIN總線接地時，小功率封裝有可能燒毀失效。D24是靜電二極管，防止靜電對總線內部器件傷害，C286是濾波電容。一路CAN總線通過共模電感或R442零歐電阻旁路輸出，共模電感有很好總線干擾抑制作用，考慮到成本，也可用零歐電阻旁路，R440和R441是總線終端電阻，Q17和C264與LIN總線器件作用一樣防護靜電和濾波處理。

4 軟件設計

TLE9263軟件設計[5]通過和MCU的SPI接口完成，MCU作為SPI接口主節點實現TLE9263功能配置和調度。MCU和TLE9263的數據以16bit為基本幀，CSN作為片選端，由主節點控制，低有效選擇從節點TLE9263，CLK是時鐘信號，其上升沿對應位數據傳輸開始，下降沿對應位數據有效，位數據從MCU控制的SDO輸出給TLE9263，TLE9263返回的數據從SDI輸入到MCU，是雙工通信，其通信過程如圖4所示。

車身控制器涉及到TLE9263工作狀態轉移圖如圖5所示。TLE9263器件上電或通過SPI軟件命令復位進入Init Mode模式，在此模式下只有VCC1打開，給車身控制器供電。初始化模式下，任何的SPI指令使得TLE9263進入Normal Mode模式，這是TLE9263正常工作模式，在此模式下，三路LDO、CAN、LIN、FOX、HSX、WD都打開正常工作，喚醒源配置關閉。通過SPI的休眠指令使得TLE9263進入Sleep Mode模式，在此模式下VCC1保持正常工作，VCC1、VCC3、FOX、HSX關閉，CAN、LIN進入休眠等待喚醒狀態中，其他喚醒源有效。有喚醒事件觸發后，TLE9263進入Restart Mode模式，在此模式下，只有VCC1正常工作，此模式經過一定時間周期在Reset釋放后自動進入Normal Mode。TLE9263有診斷保護措施，檢測的VCC1過電壓、欠電壓、短路到地、看門狗失效會進入Fail-Safe Mode或Restart Mode模式，所有模式和狀態MCU都能通過SPI從TLE9263獲得。

圖3 LIN和CAN驅動硬件原理圖

圖4 TLE9263數據SPI通信

圖5 TLE9263狀態轉移圖

TLE9263和MCU軟件控制流程圖如圖6所示。TLE9263上電或軟件復位后，VCC1正常工作，輸出5V電源給MCU，MCU上電復位后執行啟動代碼，配置中斷向量表、初始化系列RAM堆棧，配置MCU主頻，完成啟動代碼后，跳轉到MAIN函數，開始執行車身控制器外設初始化程序，主要有中斷、AD、CAN、LIN、SPI、GPIO輸入輸出控制初始化。初始化完成后，通過SPI接口讀TLE9263狀態，然后指令TLE9263進入正常模式，通過SPI指令配置TLE9263功能，實現TLE9263正常功能，在軟件執行車身控制器應用程序過程中，MCU周期性調用TLE9263狀態寄存器，監控TLE9263工作狀態。

在車身控制器在滿足進入休眠邏輯條件后，通過總線SPI設置TLE9263進入休眠狀態。在控制器休眠過程中，喚醒有兩種模式，當有TLE9263喚醒源有效后，通知MCU[6]喚醒控制器，當MCU其他喚醒源喚醒后控制器后，MCU通過WK喚醒TLE9263，TLE9263喚醒后，在MCU配置下進入正常工作。

圖6 TLE9263流程圖

圖7 TLE9263調試SPI波形圖

5 調試驗證

TLE9263硬件調試主要是硬件輸出測量和SPI[7]通信調試，TLE9263器件上電后，首先用萬用表測量輸入電壓，然后測量TLE9263的VCC1是否輸出5V，Reset是否輸出5V，如果這兩個端口都輸出5V，說明TLE9263進入初始化模式，芯片上電調試完成。

硬件調試完成后，接下了要調試MCU和TLE9263通信，只有通信調試正常后，才能設置TLE9263的其他功能，調試正常的SPI波形如圖7所示。SPI通信調試完成后，通過SPI數據協議設置TLE9263其他輸出工作狀態，配合示波器監控輸出，配置完成后，TLE9263正常工作調試完成，TLE9263休眠喚醒調試和正常調試一樣，通過SPI總線輸出配置指令，配合示波器監控結果，來保證調試過程有效性。

6 結語

本設計在車身控制器[8]系統設計過程中，采用集成基礎芯片TLE9263，通過方案設計，硬件設計，軟件設計，綜合調試，很好實現該芯片功能，滿足車身控制器系統要求。采用該芯片設計車身控制器不僅使得成本方面有優勢，而且功能也比分立芯片更多，性能更好，其封裝、功耗、診斷保護性都得到提升，很好滿足下一代車身控制器[10] 向集成方向發展趨勢。