基于TLE9263应用软硬件设计

汪春华 张玉稳 裴静 白稳峰

中国汽车技术研究中心 天津市 300300

1 引言

汽车电子技术[1]在电子信息、电子加工工艺和软件技术迅猛发展下不断进步，目前整车上汽车电子产品价值所占比重越来越高，舒适性和安全性新功能以及部分性能提升和汽车电子技术进步或应用拓展相关度越来越高。在目前汽车电子产品产品中，用分立芯片和电子元器件组成系统由于产品继承和延续性还占有很大一部分，在汽车电子技术功能要求更加复杂，安全性更高、所占面积更小，功耗更低、性价比更合适的趋势下，下一代汽车电子产品开发设计中，集成多种功能的芯片组或基础芯片逐渐得到用户的重视，逐步设计到汽车电子产品中，集成芯片未来有广泛的应用前景。

TLE9263[2]是一款面对车身控制系统的基础型芯片，利用它开发出车身控制系统可以替代至少6个分立芯片，如电源LDO、硬件看门狗、CAN驱动、LIN驱动、高边驱动、普通GPIO控制。用TLE9263[3]替代这些分立芯片，不但能减少PCB分立元件数量，分立器件占有PCB有效面积的三分一，同时也能缩小整个产品所占空间。TLE9263具有多种控制模式和多种保护功能，并具有故障信息输出功能，很好满足要求越来越严格的汽车电子安全性需求，为控制器智能诊断提供硬件和软件基础。功能和性能的提升同时，带来的是高性价比，至少比分立芯片减少一半的成本，应用前景非常广阔。

2 TLE9263介绍

TLE9263是一个非常紧凑的基础芯片解决方案，非常适合车身控制系统汽车应用，几乎每一个车身应用系统都会有电源LDO、硬件看门狗、CAN驱动、LIN驱动、高边驱动、普通GPIO控制芯片。该器件带有三路独立LDO、两路LIN收发器、一路CAN收发器、四路高边输出、两路普通GPIO输出、硬件看门狗和多种保护并具有及低功耗，其基本特征如下，功能方框图如图1所示。

（1）多种低功耗模式，SleepMode下静态电流15微安

（2）LUO1通道电压调节5V，250毫安

（3）LUO2通道电压调节5V，100毫安

（4）LUO3通道电压调节带续流5V，350毫安

（5）高速CAN收发器ISO11898-2/5

（6）两路LIN收发器LIN 2.2，J2602

（7）四路高边输出7Ω typ

（8）两路普通可配置GPIO输出

（9）失效模式输出Fail Outputs

（10）三路带电压监控的唤醒源

（11）可配置周期唤醒源

（12）RESET输出和硬件window watchdog

（13）过温度和短路保护

（14）宽电压输入和温度范围

3 硬件设计

车身控制器硬件[3]设计采用大功率电源和车身控制器主电源分开设计方案，主要有两个目的，一是提高车身控制器[4]电源域安全性，二是防止大功率电源回路干扰耦合主电源，影响主电源EMC特性，降低产品的电磁兼容性能。车身控制器主电源采用两路输入VB1、VB2备份设计，安全级别提高，电源备份设计在一路电源断开或失效时，另一路电源还能保持控制器正常工作，主电源通过反向保护二极管，在瞬态二极管保护下，经过系列电容滤波后输入给芯片TLE9263供电。TLE9263硬件设计如图2所示。

图1 TLE9263功能方框图

图2 TLE9263硬件原理图

TLE9263的VS脚是供电电压输入，其输入来自经过滤波处理的主电源，VSHS也连接到经过滤波处理的主电源，其为LIN和高边驱动提供电源。三路LDO直接输出5V，一路VCC1经过系列电容滤波输出到VDD5V_1，一路VCC2经过系列电容滤波输出到VDD5V_2，第三路通过Q16三极管提供功率输出到VDD5V_3，本设计中这三路电源可以独立使用，也可以合并使用，在车身控制系统中，考虑到低功耗设计，使用VDD5V_1和VDD5V_2合并给MCU和唤醒源供电，VDD5V_3给其他外围器件供电，这样既保证休眠唤醒功能，也满足产品静态电流要求，同时做到独立电源分开使用，安全性得到进一步提升。

FO1为TLE9263诊断状态输出，当TLE9263进入保护模式或失效模式时，其输出为低电平，此管脚也作为车身控制器LIMPHOME的触发脚，实现LIMPHOME功能。WK1通过电阻直接和MCU输出PIN相连，实现通过MCU唤醒TLE9263。FO2和FO3配置成普通GPIO输出，补充MCU硬件输出资源。RO为复位输出，连接到MCU的RESET，实现上电和硬件看门狗复位功能。HS1-4是带保护的高边输出，主要应用LED灯的控制。TLE9263通过4线SPI接口和MCU进行信息数据交互，其是SPI接口中的从节点。

TLE9263带有两路LIN和一路CAN总线收发器，其硬件原理图如图3所示。TLE9263两路LIN硬件原理图一样，电源电压12V通过D23和电阻R443给总线供电，其中R443是1206封装，该电阻必须是大功率封装，主要考虑LIN总线接地时，小功率封装有可能烧毁失效。D24是静电二极管，防止静电对总线内部器件伤害，C286是滤波电容。一路CAN总线通过共模电感或R442零欧电阻旁路输出，共模电感有很好总线干扰抑制作用，考虑到成本，也可用零欧电阻旁路，R440和R441是总线终端电阻，Q17和C264与LIN总线器件作用一样防护静电和滤波处理。

4 软件设计

TLE9263软件设计[5]通过和MCU的SPI接口完成，MCU作为SPI接口主节点实现TLE9263功能配置和调度。MCU和TLE9263的数据以16bit为基本帧，CSN作为片选端，由主节点控制，低有效选择从节点TLE9263，CLK是时钟信号，其上升沿对应位数据传输开始，下降沿对应位数据有效，位数据从MCU控制的SDO输出给TLE9263，TLE9263返回的数据从SDI输入到MCU，是双工通信，其通信过程如图4所示。

车身控制器涉及到TLE9263工作状态转移图如图5所示。TLE9263器件上电或通过SPI软件命令复位进入Init Mode模式，在此模式下只有VCC1打开，给车身控制器供电。初始化模式下，任何的SPI指令使得TLE9263进入Normal Mode模式，这是TLE9263正常工作模式，在此模式下，三路LDO、CAN、LIN、FOX、HSX、WD都打开正常工作，唤醒源配置关闭。通过SPI的休眠指令使得TLE9263进入Sleep Mode模式，在此模式下VCC1保持正常工作，VCC1、VCC3、FOX、HSX关闭，CAN、LIN进入休眠等待唤醒状态中，其他唤醒源有效。有唤醒事件触发后，TLE9263进入Restart Mode模式，在此模式下，只有VCC1正常工作，此模式经过一定时间周期在Reset释放后自动进入Normal Mode。TLE9263有诊断保护措施，检测的VCC1过电压、欠电压、短路到地、看门狗失效会进入Fail-Safe Mode或Restart Mode模式，所有模式和状态MCU都能通过SPI从TLE9263获得。

图3 LIN和CAN驱动硬件原理图

图4 TLE9263数据SPI通信

图5 TLE9263状态转移图

TLE9263和MCU软件控制流程图如图6所示。TLE9263上电或软件复位后，VCC1正常工作，输出5V电源给MCU，MCU上电复位后执行启动代码，配置中断向量表、初始化系列RAM堆栈，配置MCU主频，完成启动代码后，跳转到MAIN函数，开始执行车身控制器外设初始化程序，主要有中断、AD、CAN、LIN、SPI、GPIO输入输出控制初始化。初始化完成后，通过SPI接口读TLE9263状态，然后指令TLE9263进入正常模式，通过SPI指令配置TLE9263功能，实现TLE9263正常功能，在软件执行车身控制器应用程序过程中，MCU周期性调用TLE9263状态寄存器，监控TLE9263工作状态。

在车身控制器在满足进入休眠逻辑条件后，通过总线SPI设置TLE9263进入休眠状态。在控制器休眠过程中，唤醒有两种模式，当有TLE9263唤醒源有效后，通知MCU[6]唤醒控制器，当MCU其他唤醒源唤醒后控制器后，MCU通过WK唤醒TLE9263，TLE9263唤醒后，在MCU配置下进入正常工作。

图6 TLE9263流程图

图7 TLE9263调试SPI波形图

5 调试验证

TLE9263硬件调试主要是硬件输出测量和SPI[7]通信调试，TLE9263器件上电后，首先用万用表测量输入电压，然后测量TLE9263的VCC1是否输出5V，Reset是否输出5V，如果这两个端口都输出5V，说明TLE9263进入初始化模式，芯片上电调试完成。

硬件调试完成后，接下了要调试MCU和TLE9263通信，只有通信调试正常后，才能设置TLE9263的其他功能，调试正常的SPI波形如图7所示。SPI通信调试完成后，通过SPI数据协议设置TLE9263其他输出工作状态，配合示波器监控输出，配置完成后，TLE9263正常工作调试完成，TLE9263休眠唤醒调试和正常调试一样，通过SPI总线输出配置指令，配合示波器监控结果，来保证调试过程有效性。

6 结语

本设计在车身控制器[8]系统设计过程中，采用集成基础芯片TLE9263，通过方案设计，硬件设计，软件设计，综合调试，很好实现该芯片功能，满足车身控制器系统要求。采用该芯片设计车身控制器不仅使得成本方面有优势，而且功能也比分立芯片更多，性能更好，其封装、功耗、诊断保护性都得到提升，很好满足下一代车身控制器[10] 向集成方向发展趋势。