英飛凌電源管理芯片TLF35584的使用介紹

TLF35584介紹

TLF35584是英飛凌推出的針對車輛安全應用的電源管理芯片，符合ASIL D安全等級要求，具有高效多電源輸出通道，寬電壓輸入范圍,根據不同的型號有3.3V和5.0V兩種命名?？梢詾?a target="_blank">MCU提供600mA的電源，可以提供200mA的電源給通信，還可以提供精確的參考電壓給ADC使用，具有SPI通信，可以監(jiān)控和配置該芯片。我們以TLF35584QVVS2型號的使用來做介紹。TLF35584的封裝類型以及電壓分類如下表所示：

TLF35584系統(tǒng)框圖

管腳介紹

典型應用框圖

安全功能

TLF35584提供了很多安全功能來保證系統(tǒng)的安全

輸出電源軌監(jiān)控

Vprereg

VQUC

VQST

VQVR

VVCI

VQT1, VQT2

VQCO

提供MCU外部安全機制的時序時間監(jiān)控服務

監(jiān)控MCU的SMU ERR輸出功能

監(jiān)控MCU的看門狗輸出服務

二次安全關斷能力

TSR

TSR01 -在所有產生和監(jiān)控的輸出電壓上檢測和響應故障。違反將會導致系統(tǒng)級的單點失效

TSR02 -檢測并響應MCU安全管理單元(SMU)的錯誤觸發(fā)。違反會導致潛伏失效或者多點失效

TSR03 -檢測并響應由MCU錯誤觸發(fā)的定時監(jiān)控服務，違反會導致潛伏失效或者多點失效

TSR04 -內部需要時激活二次關斷信號，違反TSR04可能會導致潛伏失效

安全功能應用

安全路徑

安全路徑是信號鏈和電路使能并維持系統(tǒng)的安全狀態(tài)。對于一些TLF35584目標應用，達到了安全狀態(tài)

通過禁用執(zhí)行器、通信通道或整個系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，安全路徑是安全停機路徑。

首要安全路徑

主要安全路徑不是由PMIC管理的，而是由MCU單片機控制的。因此，主安全路徑不依賴于PMIC的安全邏輯。通常,這類安全路徑是通過安全MCU建立的。該單片機可以使應用程序始終處于安全狀態(tài)，使用的條件在有效范圍內，外部安全機制可用。

二次安全路徑

二次安全路徑或者叫二次關斷路徑是通過PMIC的安全功能實現(xiàn)的。在PMIC的安全功能TSR需求中，系統(tǒng)的安全狀態(tài)是通過PMIC的安全狀態(tài)輸出達到的，也就是說通過TLF35584的SS1和SS2輸出連接到系統(tǒng)電路可以釋放或者進入安全狀態(tài)，這種機制可以在檢測到關鍵失效時候進入安全狀態(tài)已達到安全目標。

安全狀態(tài)

系統(tǒng)的安全狀態(tài)被認為是沒有任何不合理的高水平風險的運行模式

Assumption: [SM_00_01]

只要TLF35584處于安全狀態(tài)(通過激活二次安全關機路徑，即SS1/SS2處于低電平表示)，則子系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。

TLF35584包括許多安全設計功能和安全機制，以支持實現(xiàn)技術安全分析總結報告中定義的安全級別的安全要求.

安全特性

安全特性概覽

安全特性如下圖中標紅色部分所示

輸出電壓監(jiān)控

TLF35584為所有輸出提供了獨立的電源監(jiān)控功能，每一路輸出都包含獨立的過壓和欠壓監(jiān)控

帶隙基準和內部電壓監(jiān)控

所有的內部電壓也會被監(jiān)控，如果出現(xiàn)異常會進入POWNDOWN狀態(tài)。TLF35584包含兩路互相獨立的帶隙基準參考電壓互相監(jiān)控對方的操作。如果超過某一預設的門限值，TLF35584將會產生一個中斷給到外部，MCU可以利用這個中斷做一些響應。

熱關斷

TLF35584包含熱監(jiān)控以保護設備在高溫條件下?lián)p壞，內部有多點的溫度保護來防止器件損壞，如果檢測到過溫，會產生中斷給到MCU， MCU應當作出一些反映，如可以關斷某路電源輸出。

錯誤管腳監(jiān)控

TLF35584提供一個可以通過ERR腳監(jiān)控MCU的安全管理單元SMU，一個預定義的頻率范圍的翻轉方波信號必須給到TLF35584的ERR腳，如果是超過頻率范圍的信號給到ERR腳會引起報故障，TLF35584將會進入INT狀態(tài)。默認情況下ERR腳功能是使能的。

窗口看門狗

TLF35584包含一個窗口看門狗來監(jiān)控MCU的運行，需要一定間隔內收到觸發(fā)信號，可以通過WDI腳或者SPI，在一定的開窗時間內或者超時觸發(fā)都會被認為是無效的看門狗觸發(fā)，無效看門狗觸發(fā)事件將會引起內部錯誤計數器加2，并且產生中斷，有效的看門狗觸發(fā)事件將會引起錯誤計數減1，如果錯誤計數器超過配置的門限值，TLF35584將會跳轉到INT狀態(tài)。默認條件下窗口看門狗是使能的，需要注意的是窗口看門狗和功能看門狗是相互獨立的，可以同時使能使用。

功能看門狗

功能看門狗稍微復雜一些，也叫問答看門狗，通過多個SPI通信幀完成。TLF35584產生一個問題，同時心跳計數器開始從0向上計數，直到心跳周期結束，心跳周期可以通過SPI調整配置，4個字節(jié)的響應答案必須在心跳周期結束之前收到。最后一個收到的響應必須同步寫入同步寄存器以復位心跳計數器。如果接收到正確的答案響應，認為是一次有效的看門狗觸發(fā)事件，有效的看門狗觸發(fā)事件會導致內部錯誤計數器減1，無效的看門狗觸發(fā)事件將會導致內部錯誤計數器加2，并且產生中斷。如果錯誤計數器超過預設的門限值，將會跳轉到INT狀態(tài)。默認情況下功能看門狗是禁止的，和窗口看門狗可以獨立使用，互不干涉。

二次安全關斷能力

TLF35584具有二次安全關斷能力，在應用中安全狀態(tài)輸出引腳SS1和SS2的狀態(tài)用來表明設備的安全狀態(tài)。

軟錯誤檢測和修正

TLF35584通過一些寄存器提供了軟錯誤的檢測和修正安全機制，包括單個位錯誤的檢測和修正，以及兩個位錯誤的檢測。兩個位錯誤會引起中斷。

安全機制軟件需求

TLF35584在安全相關應用中用作微處理器電源。安全機制必須由相應的微處理器執(zhí)行，以保證系統(tǒng)的正確運行。

SPI通信

來自微處理器的SPI通信用于配置TLF35584，服務看門狗和監(jiān)控狀態(tài)寄存器，由于SPI通信是用來傳輸安全相關信息的，因此需要采取措施保證其數據的完整性

奇偶校驗

Assumption: [SM_SPI_01]

SPI通信中的奇偶校驗位為每次通信進行檢查。具有無效奇偶校驗信息的數據必須被忽略。

奇偶校驗位在SPI期間防止單比特故障和奇數比特錯誤的故障溝通。為了提供更全面的誤差覆蓋范圍，可以考慮額外的措施。如果在讀操作過程中奇偶校驗信息不正確，微處理器必須忽略數據和重做讀操作

如果寫操作過程中的校驗信息不正確，TLF35584將忽略該數據并產生中斷。微處理器應該響應中斷并檢查中斷源，即檢查是否SPI.PARE位置位。如果寫操作失敗，微處理器應該重復這個操作。

配置

Assumption: [SM_SPI_02]

write-verify-apply過程用于對安全相關配置的寫訪問。因此，數據應是在寫入數據之后和應用于應用程序之前進行驗證。預期配置的驗證至少每次配置校驗一次，并根據應用程序可以重新配置。

所有與安全相關的配置寄存器(稱為“受保護的寄存器”)都由定義的LOCK/UNLOCK過程，允許在數據激活之前對其進行驗證。

清除狀態(tài)和中斷寄存器

所有狀態(tài)和中斷標志在清除之前被正確讀取。掛起的中斷沒有正確清除服務

中斷信號

Assumption: [SM_INT_01]

根據具體的應用，在將中斷信號用作安全功能的應用中，對每個中斷信號的正確功能進行驗證。

中斷的處理，當產生中斷，應遵循：

可以實施超時，其到期應視為測試失敗。持續(xù)時間超時時間應根據所選擇的中斷源設置

讀取中斷狀態(tài)寄存器并驗證中斷標志是否與生成的特定中斷相匹配

中斷響應

Assumption: [SM_INT_02]

微處理器檢查每個中斷事件的中斷源，并根據應用程序做出反應要求。

Assumption: [SM_INT_03]

如果通過中斷狀態(tài)標志SYSSF.CFGE檢測到一個配置錯誤，MCU應該對設備進行重新配置

復位輸出使用

Assumption: [SM_ROT_01]

TLF35584的復位輸出腳ROT連接到MCU的復位輸入引腳，當有復位引腳輸出，主要安全路徑激活。

備用Stand-by LDO使用

Assumption: [SM_SBL_01]

在備用LDO用作微控制器的存儲器電源供給時，需要每個周期確認驗證下此LDO是否安全。

獨立的二次安全關斷路徑

Assumption: [SM_SS_01]

必須確保主要安全關斷路徑和二次安全關斷路徑的獨立性，不能存在任何的依賴關系。

一次關斷路徑或者腳主要關斷路徑由MCU控制。

Assumption: [SM_SS_02]

在將二次關斷路徑用作安全功能的應用中，根據不同的應用，要驗證其正確的功能，每個周期至少需要一次安全功能驗證。

窗口看門狗

Assumption: [SM_WWD_01]

在將窗口看門狗用作安全功能的應用程序中，根據應用至少在每個駕駛周期驗證一次窗口看門狗的正確性

Assumption: [SM_WWD_02]

在將窗口看門狗用作安全功能的應用程序中，其正確的功能包括微處理器復位信號ROT和安全狀態(tài)輸出的激活在每個周期至少驗證一次。

功能看門狗

Assumption: [SM_FWD_01]

在將功能看門狗用作安全功能的應用中，至少要驗證其正確的功能，每個駕駛周期一次，取決于應用程序。

Assumption: [SM_FWD_02]

在功能看門狗作為安全功能發(fā)布的應用程序中，其正確的功能包括微處理器復位信號ROT和安全狀態(tài)輸出的激活在每次駕駛中至少驗證一次，周期取決于應用程序。

ERR引腳監(jiān)控

Assumption: [SM_ERR_01]

在將ERR引腳用作安全功能的應用程序中，每次至少驗證一次其正確功能，驅動周期取決于應用。

Assumption: [SM_ERR_02]

在ERR引腳用作安全功能的應用中，其正確的功能包括微處理器復位信號ROT和安全狀態(tài)輸出的激活在每個駕駛周期至少驗證一次。

請注意，測試程序的可用性取決于錯誤引腳監(jiān)控的配置應用:立即行動與恢復延遲

監(jiān)控組件

Assumption: [SM_MON_01]

在監(jiān)控塊用作安全功能的應用程序中，監(jiān)視器的正確功能，每個使用的監(jiān)視器每個驅動周期至少驗證一次對中斷信號的監(jiān)控。

Assumption: [SM_MON_02]

在監(jiān)控塊用作安全功能的應用程序中，監(jiān)視器的正確功能在對每個已使用的監(jiān)視器至少進行一次驗證，以激活安全狀態(tài)輸出周期取決于應用程序。

ABIST

ABIST的檢測由MCU發(fā)起請求

詳細執(zhí)行規(guī)則可以參考SM手冊要求，這里不在贅述。

監(jiān)控功能恢復

如果對設備的監(jiān)督功能的測試導致異常或失敗，則相應的監(jiān)督功能應被認為是非活性的，并應考慮相應的系統(tǒng)反應以確保安全操作。由于缺乏監(jiān)督功能并不一定意味著違反了安全目標，微控制器可以控制場景，以增加系統(tǒng)的可用性。進一步講系統(tǒng)集成者可以預見恢復機制，使監(jiān)管恢復有效運作。，如可以重新配置有問題的配置，或者重啟TLF35584.

硬件需求

二次關斷路徑

Assumption: [SM_SS_03]

在應用中要確保SS1和SS2的高電平輸出被認為是使二次安全關斷路徑無效，低電平或者高阻態(tài)被認為是激活安全關斷路徑的信號。

Assumption: [SM_SS_04]

SS1和SS2之間的延遲不能被視為安全特性

最大額定值

Assumption: [SM_ABS_01]

在任何操作下都不能違反數據手冊中電氣參數的最大額定值

電壓電流

溫度

外部器件的選擇

反相保護

因為TLF35584本身不能夠處理反相供電的情況，所以需要外部系統(tǒng)層的額外電路來處理電池電壓的反接情況。

輸入濾波

為了使TLF35584都在額定電氣參數范圍內操作，強烈建議添加輸入濾波器，以限制電源線上的尖峰，相關的參數可以從TLF35584的EMC測試報告中獲取。

過流限制

強烈建議在管腳添加限流電阻，防止引腳的電流超過手冊的限制值。輸入電壓VST的限制主要靠前級降壓器件來提供可靠輸入。如我們的應用中的LM5085.

主要分為兩類

一類是連接到電池電壓等級的ENA和WAK腳必須小心處理過流和反相，至少大于10K的串聯(lián)電阻

第二類是像SPI（SCS,SCL,SDI,SDO）,INT,ROT,WDI,SYN,EVC 至少串聯(lián)一個大于50歐姆的電阻，電阻布局的位置也需在系統(tǒng)級考慮。

ERR腳保護

在MCU的SMU故障輸出腳P33.8和TLF35584的ERR腳之間串聯(lián)大于1K的電阻。

電壓域的分離

強烈建議將ECU內的高、低壓區(qū)分開，在不同組的信號之間的電路以減少短路的風險。這可以通過在PCB布線中使用足夠的間隙來完成任何外部高壓和內部低壓信號之間。在這種情況下應給予特別考慮不同域的信號在引腳上連接。

外部被動元器件

必須強制確保連接到TLF35584的外部器件在數據手冊要求的范圍內，如輸出電感，電容等。外部器件組件的失效必須在系統(tǒng)層級覆蓋，可以使用冗余外部器件，提高系統(tǒng)層級的可靠性?？梢詤⒖紨祿謨杂嘘P外部器件要求更詳細的信息，這里只給出簡單的要求

總結：

要根據自己的應用選擇內外安全機制去執(zhí)行，提高系統(tǒng)的安全。

審核編輯：劉清