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隨著汽車電子智能化程度的不斷提高，智能駕駛（ADAS）、智能座艙、中央網(wǎng)關(guān)以及域控制器等產(chǎn)品越來(lái)越普及，相應(yīng)地對(duì)功能安全的需要也逐步提高。
電源管理芯片作為汽車電子系統(tǒng)中的核心器件，其性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。
博世推出的PMIC芯片—— CS600，就能很好地滿足了功能安全合規(guī)性的應(yīng)用需求。CS600可為系統(tǒng)提供完整的電源解決方案，包括μC、SoC以及相關(guān)外設(shè)的供電。
如圖1 CS600 結(jié)構(gòu)框圖所示，它除了具有豐富的電源資源外，還配置了GPIO，ADC以及SPI等輔助單元，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立又多樣的監(jiān)控保護(hù)，為產(chǎn)品的高功能安全等級(jí)提供了保障。
圖1 CS600結(jié)構(gòu)框圖
博世PMIC CS600的主要特性如下
? 1x同步5V初級(jí)Buck變換器 (SR5)
? 1x 外接FET預(yù)升壓/升壓變換器 (SRP)
? 寬輸入電壓范圍：3.2V – 36V
? 4x 可編程 LDO線性穩(wěn)壓器
? 2x 降壓變換器，內(nèi)帶3個(gè)雙柵極驅(qū)動(dòng)器 (DGD SMPS) ，支持多相組合/可編程
? 所有電源軌具有單獨(dú)可編程的上/下電時(shí)序
? 具有SPI通訊接口
? 寬工作結(jié)溫范圍：-40°C 至 150°C
? AEC-Q100 1 級(jí)汽車認(rèn)證，支持構(gòu)建ASIL-D的系統(tǒng)
? OTP 存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)用戶配置
? 采用雙排 QFN-96 封裝，尺寸縮小至10x10mm2
從PMIC的特性可以看出，CS600 提供了多至11路的電源軌道，輸出總功率達(dá)到35W。CS600采用的是可編程可配置的系統(tǒng)構(gòu)架，開(kāi)放給用戶非常多的設(shè)置空間，包括電源軌的選用、輸出電壓的設(shè)置，電源軌的時(shí)序、ADC、GPIO以及錯(cuò)誤管理器的設(shè)置等，使得對(duì)CS600的功能使用有很大空間和靈活性。
以下按照具體功能單元進(jìn)行介紹：
電源軌道資源
1. 預(yù)變換器
???降壓變換器 SR5
寬輸入電壓范圍：5.5V – 36V，典型輸出電壓為5.0V，最大允許負(fù)載電流為7A。用于為ECU或SoC中的5V負(fù)載供電，以及為內(nèi)部SMPS、LDO和DGD單元提供輸入電源。SR5典型開(kāi)關(guān)頻率為480kHz或通過(guò)設(shè)置寄存器擴(kuò)頻，具有短路保護(hù)和軟啟動(dòng)功能。
???預(yù)升壓/升壓變換器 SRP
當(dāng)VBat過(guò)低時(shí)，SRP可作為預(yù)升壓變換器使用，抬高輸入電壓后再輸出給SR5使用。即擴(kuò)展PMIC的輸入電壓范圍。SRP也單獨(dú)作為升壓轉(zhuǎn)化器使用，由SR5 5V或VSUP/VBat供電，輸出6V至12V。SRP典型開(kāi)關(guān)頻率也為480kHz，同時(shí)具有過(guò)流保護(hù)和軟啟動(dòng)功能。
2.電源軌
???電源軌的通用特性
(1)? 輸出電壓Vout可編程，包含兩個(gè)量程和步長(zhǎng)，以提高相對(duì)精度。
Vout = 1.64V – 3.825V @ 7.5mV step
Vout = 0.7V – 1.64V @ 3.2mV step
(2)? 每路電源都支持軟啟動(dòng)
(3)? 所有集成輸出級(jí)（LDOx / SMPSx）均具有短路保護(hù)
(4)? 所有電源軌具有單獨(dú)可編程的上/下電時(shí)序
(5)? 電源軌之間可編程相移
(6)? 可編程補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)與電流限制參數(shù)
???4路 半橋降壓變換器 (SMPS)
SMPS1, 2 輸出電流 <= 1A，SMPS3, 4 輸出電流 <= 2A，F(xiàn)switching~1.9MHz
???4路 線性穩(wěn)壓器 (LDO)
LDOx 輸出電流 300mA (Peak: 500mA)?
???2路 降壓變換器 (DGD SMPS)
如圖2所示，DGD 降壓變換器由3個(gè)雙柵極驅(qū)動(dòng)器DGD1、DGD2、DGD3以及兩路變換器DGDR1和DGDR3組成。
圖 2 DGD 降壓變換器結(jié)構(gòu)框圖
其中DGDR1可以配置為單相、雙相或三相輸出模式。三相最大輸出電流可達(dá)15A（每相5A）。具體輸出配置組合見(jiàn)下表1。
表1 DGD 降壓變換器驅(qū)動(dòng)配置表
電軌時(shí)序配置
以預(yù)定的順序控制電軌上下電可以防止意外供電，避免浪涌沖擊，功率尖峰等傷害μC、SoC的意外情況發(fā)生。CS600 能夠?qū)λ须娫窜壍男袨檫M(jìn)行時(shí)序配置。
圖3 時(shí)序圖中VREG時(shí)序器的處理過(guò)程
一個(gè)完整的時(shí)序可由多至15個(gè)片段組成。Voltage Regulator Sequencer（VREG 時(shí)序器）將從第一個(gè)片段開(kāi)始處理，按順序依次完成整個(gè)序列，如圖3所示。
每個(gè)片段可以開(kāi)啟或關(guān)閉任何一路或多路電軌，或控制某路GPOx輸出。VREG 時(shí)序器在處理下一個(gè)片段之前，會(huì)等待設(shè)定的觸發(fā)條件的滿足，如PWGood信號(hào)，一段設(shè)定的時(shí)間，或GPIx觸發(fā)的高電平。
當(dāng)所有條件滿足時(shí)，則該段進(jìn)入評(píng)估狀態(tài)，檢查處理過(guò)程是否超時(shí)。如觸發(fā)條件均滿足且不超時(shí)，則評(píng)估為通過(guò)進(jìn)入到下一片段。如有超時(shí)則評(píng)估失敗，并報(bào)告錯(cuò)誤管理器。
表2 時(shí)序片段中具體行為的設(shè)定參數(shù)
輔助資源
1.?GPIO
CS600 有7個(gè)可配置的通用I/O引腳。除了默認(rèn)的輸入和輸出功能以外，還可以配置成其他的復(fù)用功能。
2.12-bit ADC
CS600設(shè)有4路用于外部測(cè)量的ADC通道ADC_CH1…ADC_CH4。其中ADC_CH4能夠通過(guò)外部多路復(fù)用器再擴(kuò)展出4路通道，由GPIO引腳進(jìn)行通道選擇，結(jié)構(gòu)如圖4所示。而內(nèi)部的ADC則主要負(fù)責(zé)對(duì)電源軌的輸出電壓監(jiān)測(cè)，2個(gè)片上溫度傳感器和VBat的測(cè)量。
圖4 ADC 擴(kuò)展通路結(jié)構(gòu)圖
功能安全策略
功能安全的目的是為了保障系統(tǒng)始終工作在安全、正常的狀態(tài)下。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)CS600采用了非常嚴(yán)苛的安全保護(hù)策略，與相關(guān)的獨(dú)立監(jiān)測(cè)單元，以實(shí)現(xiàn)芯片與系統(tǒng)的高安全等級(jí)。目前該P(yáng)MIC可構(gòu)建功能安全等級(jí)ASIL-D的系統(tǒng)。
1.?電軌監(jiān)控
?? CS600 具有獨(dú)立的電壓監(jiān)控功能，監(jiān)控所有電源軌（SRP / SR5 / SMPSx / DGDx / LDOx）的過(guò)壓OV或欠壓UV狀態(tài)。
???為每一路電軌（SRP / SR5 / SMPSx / DGDx / LDOx）設(shè)計(jì)了過(guò)流保護(hù)電路。
???在SMPSx /LDOx電軌內(nèi)還增加了溫度監(jiān)測(cè)單元，當(dāng)溫度超過(guò)閾值時(shí)，將關(guān)閉該變換器以防止高溫造成的芯片損壞。
???在時(shí)序處理過(guò)程中，對(duì)每個(gè)片段進(jìn)行超時(shí)監(jiān)控，如發(fā)生超時(shí)則報(bào)告錯(cuò)誤并停止序列，以防止不正常的軌道上電行為。
2. 確認(rèn)系統(tǒng)SoC 或 MCU 的正確行為
?? CS600 采用 “質(zhì)詢-響應(yīng)” 看門(mén)狗，當(dāng)發(fā)出請(qǐng)求后，SoC 或μC必須在定義的時(shí)間窗口內(nèi)獲取并正確響應(yīng)請(qǐng)求。看門(mén)狗檢查是否在定義的時(shí)間窗口內(nèi)收到響應(yīng)以及響應(yīng)的值是否正確。
?? SPI物理數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)兩種方式保護(hù)：循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC), 傳輸過(guò)程對(duì)時(shí)鐘邊沿計(jì)數(shù)。
3. 錯(cuò)誤管理與處理
錯(cuò)誤管理單元的任務(wù)是評(píng)估監(jiān)控信號(hào)，存儲(chǔ)錯(cuò)誤信息并觸發(fā)錯(cuò)誤處理響應(yīng)。錯(cuò)誤管理單元分為錯(cuò)誤評(píng)估、錯(cuò)誤報(bào)告和錯(cuò)誤處理3個(gè)階段，如圖5所示。
圖5 錯(cuò)誤管理單元結(jié)構(gòu)圖
針對(duì)每個(gè)錯(cuò)誤的處理響應(yīng)都是單獨(dú)定義的。一般可通過(guò)激活NSTPx Pin 或 NRESET Pin 以及更改系統(tǒng)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中NSTPx 是CS600 專門(mén)提供的兩個(gè)開(kāi)漏安全引腳 NSTP0 和 NSTP1，由系統(tǒng)安全單元控制。
4. 其他
CS600包含兩個(gè)獨(dú)立的溫度傳感器。如監(jiān)測(cè)溫度連續(xù)超過(guò)閾值，將實(shí)行關(guān)機(jī)處理。
電源管理芯片作為汽車電子系統(tǒng)中的核心器件，CS600 在滿足電軌資源、電流能力的基礎(chǔ)上，能夠靈活配置，為用戶的汽車電子系統(tǒng)提供更高功能安全等級(jí)的保障。
CS600是現(xiàn)在以及將來(lái)，μC、SoC系統(tǒng)供電解決方案的一種很好的選擇。
審核編輯：黃飛
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