TPS65381A-Q1 用于安全应用中微控制器的多轨电源

TPS65381A-Q1 器件是一款多轨电源，旨在为安全相关应用（例如汽车和工业市场中的应用）中的微控制器 （MCU） 供电。该器件支持德州仪器 （TI） 的 Hercules™ TMS570 MCU 和 C2000™ MCU 系列，以及具有双核锁步 （LS） 或松散耦合架构 （LC） 的各种其他 MCU。

TPS65381A-Q1 器件集成了多个电源轨，为 MCU、控制器局域网 （CAN） 或 FlexRay 以及外部传感器供电。具有内部 FET 的异步降压开关模式电源转换器将输入电源（电池）电压转换为 6V 预稳压器输出。该 6V 预稳压器为其他稳压器供电。该器件支持从 IGNITION 唤醒或从 CAN 收发器唤醒。

例如，带有内部 FET 的集成固定 5V 线性稳压器可用于 CAN 或 FlexRay 收发器电源。第二个线性稳压器也具有内部 FET，可调节至可选的 5V 或 3.3V 输出，例如，该输出可用于 MCU I/O 电压。
*附件：tps65381a-q1.pdf

TPS65381A-Q1 器件包括一个可调线性稳压控制器，需要一个外部 FET 和电阻分压器，可调节至 0.8 V 至 3.3 V 之间的可调电压，可用于 MCU 内核电源。

集成传感器电源可在跟踪模式或可调输出模式下运行，并包括对地短路和电池短路保护。因此，该稳压器可以为模块或电子控制单元 （ECU） 外部的传感器供电。

集成的电荷泵为内部稳压器提供过驱动电压。电荷泵还可用于电池反接保护电路，通过使用电荷泵输出来控制外部 NMOS 晶体管。当器件必须在尽可能低的电源电压下运行时，与传统的反向电池阻断二极管相比，该解决方案允许更低的最小电池电压运行。

该器件可监视所有稳压器输出的欠压和过压、电池电压和内部电源轨。第二个带隙基准独立于主带隙基准，用于欠压和过压监控，以避免未检测到主带隙基准中的任何漂移。此外，还实施了稳压器电流限制和温度保护。

TPS65381A-Q1 器件具有监控和保护功能，包括：具有触发和问答模式的看门狗、MCU 错误信号监控器、内部振荡器上的时钟监控、时钟监控器上的自检、非易失性存储器上的循环冗余校验 （CRC）、允许 MCU 观察设备内部模拟和数字信号的诊断输出引脚、 用于 MCU 的复位电路和输出引脚，以及用于在检测到的故障上禁用 safing-path 或外部功率级的使能驱动输出。内置自检 （BIST） 可在上电时自动监控器件功能。专用的 DIAGNOSTIC 状态允许 MCU 检查 TPS65381A-Q1 监控和保护功能。

TPS65381A-Q1 器件采用 32 引脚 HTSSOP PowerPAD 封装。

特性

• 适用于汽车应用
• 符合 AEC-Q100 标准，结果如下：
  • 器件温度 1 级：-40°C 至 +125°C 环境工作温度
  • 器件 HBM ESD 分类等级 H2
  • 器件 CDM ESD 分类等级 C3B
• Multirail Power Supply 支持等
  • TI Hercules™ TMS570、C2000™ 和各种功能安全架构微控制器
• 供应轨
  • 输入电压范围：
    • 5.8 V 至 36 V（CAN、I/O、MCU 内核和传感器电源稳压器正常工作）
    • 4.5 V 至 5.8 V（3.3 V I/O 和 MCU 内核稳压器正常工作）
  • 具有内部 FET 的 6V 异步开关模式预稳压器，输出电流为 1.3A
  • 5V （CAN） 电源电压、带内部 FET 的线性稳压器、300mA 输出电流
  • 3.3V 或 5V （MCU I/O） 电压、具有内部 FET 的线性稳压器、300mA 输出电流
  • 具有外部 FET 的 0.8V 至 3.3V 可调（MCU 内核电压）线性稳压器控制器
  • 3.3V 至 9.5V 可调传感器电源：具有内部 FET、100mA 输出电流以及电源短路和接地短路保护的线性跟踪稳压器
  • 电荷泵：通常比电池电压高 12 V
• 电源和系统监控
  • 对所有稳压器输出、电池电压和内部电源进行独立的欠压和过压监控
  • 用于稳压器参考和电压监控的独立电压参考。具有独立带隙基准和独立电源输入引脚的电压监控电路
  • 对所有电压监控进行自检（上电期间和由外部 MCU 启动上电后自动）
  • 所有电源均具有内部 FET，具有电流限制和过热关断保护
• 微控制器 （MCU） 接口
  • 看门狗：触发模式（OPEN/CLOSE 窗口）或问答模式
  • MCU 错误信号监控器，适用于锁步双核 MCU，包括 Hercules™ TMS570、C2000™ 和各种使用脉宽调制 （PWM） 误差输出的功能安全架构 MCU
  • 用于执行设备自检、诊断和外部互连检查的 DIAGNOSTIC 状态
  • SAFE 状态，用于在检测到错误事件时保护和系统
  • 用于内部振荡器的 Clock Monitor
  • 模拟和数字关键电路的自检，在每个器件通电时执行，或由 MCU 在诊断状态下激活
  • 非易失存储器、器件和配置寄存器上的 CRC
  • MCU 的复位电路和输出引脚
  • 诊断输出引脚允许 MCU 通过多路复用器观察设备的内部模拟和数字信号
• 串行外设接口 （SPI）
  • 配置寄存器
  • Watchdog 问题与解答
  • 诊断状态读数
  • 符合 3.3V 和 5V 逻辑电平
• 使能驱动输出，用于在检测到系统故障时禁用 Safing-Path 或外部功率级
• 通过 IGNITION 引脚或 CAN WAKEUP 引脚唤醒
• 封装：32 引脚 HTSSOP PowerPAD™ IC 封装

参数

方框图

1. 产品概述

• ‌应用‌：适用于Hercules™ TMS570、ADAS（高级驾驶辅助系统）、悬挂系统、铁路等。
• ‌功能‌：监控所有调节器输出、电池电压及内部供电轨的欠压和过压。使用独立的带隙基准进行欠压和过压监控，避免主带隙基准漂移未被检测。

2. 封装与尺寸

• ‌封装类型‌：HTSSOP（32引脚）
• ‌尺寸‌：11.00mm × 6.20mm

3. 典型应用

• ‌电源轨‌：包括VDD6（6V预调节器输出）、VDD5（5V线性调节器）、VDD3/5（3.3V或5V线性调节器）、VDD1（0.8V至3.3V线性调节器）、VSOUT1（3.3V至9.5V线性调节器）。
• ‌监控与保护‌：集成电压监控、过温保护、电流限制等功能。

4. 引脚功能

• ‌主要引脚‌：
  • VBAT_SAFING：电池监控输入，用于VMON和BG2功能。
  • VCP、CP1、CP2：电荷泵相关引脚。
  • DIAG_OUT：诊断输出引脚，连接至MCU ADC和数字IO。
  • SPI接口引脚：包括NCS、SDI、SDO、SCLK等，用于与MCU通信。
  • ERROR/WDI：MCU错误信号输入引脚，用于看门狗功能。
  • CANWU、IGN：CAN收发器和点火唤醒输入引脚。
  • VSFB1、VSIN、VSOUT1：VSOUT1调节器反馈、输入和输出引脚。
  • VDD5、VDD3/5、VDDIO、VDD1：不同电压轨的输出引脚。

5. 电气特性

• ‌输入电压范围‌：VBATP和VBAT_SAFING为5.8V至34V。
• ‌输出电压‌：
  • VDD6：6V预调节器输出。
  • VDD5：5V线性调节器输出，精度±2%。
  • VDD3/5：可配置为3.3V或5V线性调节器输出，精度±2%。
  • VDD1：0.8V至3.3V线性调节器输出，通过外部电阻分压器设置。
  • VSOUT1：3.3V至9.5V线性调节器输出，可通过内部或外部反馈设置。
• ‌过温保护‌：各调节器具有过温保护功能，过温时关闭相应调节器。
• ‌电流限制‌：各调节器具有电流限制功能，防止过流损坏。

6. 安全功能

• ‌ 电压监控（VMON） ‌：监控所有电源轨的欠压和过压，使用独立的带隙基准。
• ‌ 内置自测试（BIST） ‌：包括模拟BIST（ABIST）和数字BIST（LBIST），用于诊断关键模拟和数字功能。
• ‌ 时钟监控（LCMON） ‌：监控外部时钟信号，时钟失效时进入待机状态。
• ‌看门狗定时器‌：支持触发模式和问答（Q&A）模式，监控MCU的状态。
• ‌ MCU错误信号监控（MCU ESM） ‌：监控MCU的错误信号，可选PWM模式或TMS570模式。

7. 通信接口

• ‌SPI接口‌：全双工通信，支持命令读写，速度高达6Mbit/s。
• ‌诊断MUX‌：允许通过单个引脚（DIAG_OUT）访问多个内部信号，用于诊断和监控。

8. 状态机

• ‌设备状态‌：包括待机状态、重置状态、诊断状态、激活状态和安全状态。不同状态间具有明确的转换条件和优先级。

9. 应用考虑

• ‌电容选择‌：需考虑电容的容值、电压等级、温度特性和寿命。
• ‌保护电路‌：VBATP和VBAT_SAFING引脚、IGN引脚等需反向保护和瞬态保护。
• ‌布局布线‌：注意PCB布局布线，减少寄生参数和干扰。

TPS65381A-Q1是一款高度集成的电源管理IC，适用于需要高可靠性和安全性的汽车和工业应用。它提供了全面的电源轨监控、保护和安全功能，通过SPI接口与MCU通信，易于集成和诊断。