向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了
广告

汽车电子中带看门狗电源的设计要点

时间:2019-07-04 作者:高杨 阅读:
随着汽车电子对功能安全等级的要求提高,越来越多的汽车电子系统也用上了看门狗功能来提高电源的安全性和可靠性,以满足功能安全的要求。本文将介绍带看门狗电源的分类、系统框图、工作原理以及典型应用。

随着汽车电子对功能安全等级的要求提高,越来越多的汽车电子系统也用上了看门狗(Watchdog)功能来提高电源的安全性和可靠性,以满足功能安全的要求。本文将介绍带看门狗电源的分类、系统框图、工作原理以及典型应用。

通常,我们将带有看门狗的电源分为三类:

■ 基本型看门狗电源

■ 窗口型看门狗电源

■ 问答型看门狗电源

1. 基本型看门狗电源

1.1系统框图

ednc1907-di3-1

图1:线性稳压器L4995的系统框图。

以意法半导体(ST)的线性稳压器L4995为例,从其系统框图(图1)中可以看到,基本型看门狗电路基本有以下三种功能引脚:

■ 基本功能引脚

– Vin(电池输入)

– Vo(稳压器电压输出)

– GND

■ 用3个引脚来实现看门狗的功能(Wi、Vcw、Res)

– Wi(WD PWM输入)

– Vcw(WD电容器引脚)

– Res(复位)

■ 保护功能(没有列出所有的保护功能)

– 负载电流限流

– 温度关断

1.2 工作原理

ednc1907-di3-2

图2:L4995工作原理。

连接的微控制器由看门狗输入Wi监控。如果脉冲丢失,复位输出引脚设置为低(图2)。利用外部电容器Ctw,可以在较宽的范围内设置脉冲序列时间。看门狗电路用恒流Icwd向电容器Ctw放电。如果达到较低的阈值Vwlth,将看门狗重置。

每个Wi正边沿将电流源从放电切换到充电。当达到较低的阈值时也会发生同样的情况。当电压达到上限时,电流从充电切换到放电,其结果是一个锯齿波。Vcw为看门狗定时器电容器Ctw处的电压。

2. 窗口型看门狗

2.1系统框图

ednc1907-di3-3

图3:低压差稳压器TLE7273-2系统框图。

英飞凌(Infineon)的低压差稳压器TLE7273-2中所内置的看门狗即为窗口型看门狗,其系统框图如图3所示。

2.2 工作原理

ednc1907-di3-4

图4:TPS7A63xx-Q1内置看门狗的窗口持续时间。

以TI低压差稳压器TPS7A63xx-Q1为例,如图4所示,每个看门狗窗口由一个打开的窗口和一个关闭的窗口组成,每个窗口的宽度约为看门狗窗口的50%。但有一个例外:看门狗初始化后第一个打开的窗口是看门狗窗口持续时间的8倍。除看门狗初始化后打开的窗口外,所有打开的窗口都是看门狗窗口宽度的一半。初始化时,看门狗只能在打开的窗口中接收服务(通过软件、外部微控制器等)。在关闭的窗口中维护的看门狗,或在打开的窗口中不维护的看门狗,会造成看门狗的报错。

3. 问答型看门狗

3.1系统框图

用德州仪器(TI)的TPS65381(用于安全关键型应用中的微处理器的多轨电源)的系统框图(图5)来示意带有问答型看门狗的结构。

ednc1907-di3-5

图5:TPS65381系统框图。

3.2 工作原理

下面用DRV3205-Q1(TI的一款用于汽车安全应用的具有3个电流感应放大器的三相电机前置驱动器IC)的问答型看门狗来解释一下具体的工作原理(图6)。

ednc1907-di3-6

图6:看门狗定时器简化流程图。

问答型看门狗通过SPI发送特定的消息序列定期进行操作。根据单片机的请求,DRV3205-Q1向SPI上的MCU,锁定在WDT_ANSWER令牌U值寄存器中。单片机执行一系列固定的对令牌值进行算术运算,并将生成的令牌值返回给MCU通过写入WDT_ANSWER应答寄存器的SPI。DRV3205-Q1设备验证MCU是否返回令牌值在指定的时间窗口内产生(应答),并且令牌值响应(答案)正确。

● 当MCU在正确的时间窗口内执行与看门狗相关的SPI通信时,并返回正确计算的响应(答案),看门狗认为这是好事件。

● 当MCU在正确的定时窗口外执行与看门狗相关的SPI通信时,或返回错误计算的令牌响应(答案),或返回错误的正确答案顺序,看门狗认为这是坏事件。

● 当MCU在看门狗超时期间暂停看门狗相关的SPI通信时窗口,看门狗将此视为无响应事件。

● 内部计数器存储wd_fail_cnt寄存器中的错误响应数,该寄存器触发。

● 如果wd_fail_cnt达到预先定义的限制,则失败。通过在wd_fail_max中指定限制注册后,可以为坏事件的数量设置一个缓冲区。

问答型看门狗目前用在对应功能安全等级ASIL-C/D的汽车系统中,例如EPS。但这个电路的缺点就是增加了控制软件的复杂度,同时也增加了硬件的成本,需要依据具体的系统要求来选用。

综上所述,汽车中带有看门狗功能的电源依据不同的应用场合可以合适地选用。需要在成本、复杂性、可靠性和功能安全等方面进行综合权衡后得出一个折衷的选择。

本文为《电子技术设计》2019年7月刊杂志文章。

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
高杨
拥有18+年汽车电子行业经验,特别是在车载控制器领域(多媒体、车身、驾驶辅助以及VCU)。曾任职博世汽车专家级工程师,其中10+年在汽车零部件(博世和大陆汽车),5+年汽车半导体(德州仪器TI和英飞凌)。历任多种资深(系统、设计、产品)职务,丰富的平台开发(从0到1)及产品开发的工程经验和积累。 Ford SYNC第一代的核心硬件开发工程师,定义和开发了德州仪器第一款智能高边驱动器(Smart High Side Driver),填补了TI公司在汽车电子市场的技术路线和市场空白。 整理和标准化了与设计开发的技术文件,可以直接用于指导设计及融入公司的文件体系中,满足体系审查要求和提高公司的设计流程和管理水平。(硬件设计流程管理的模板,硬件设计评审的检查清单模板)。 获得12件汽车电子专利(截止到2018年12月)(涉及车联网、总线),有9篇被《电子设计技术》EDN China杂志发表(截止到2019年10月)。 企业内训师资质认证(TTT),超过2500+页PPT汽车电子设计培训内容,满足从入门、中级及高级汽车电子设计的培训,目前已经在4家企业内部实施过培训,收到了很好的反馈。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
您可能感兴趣的文章
  • 动力电池设计难在哪? 在电动汽车中,动力电池组中密布各种传感器,以监测电池发热状况与老化效应,以及动态热负荷与自愈效应。
  • 实测苹果18W的PD快充:iPhone 11 Pro的原装充电器有必要 相信不少消费者正在持币观望全新的iPhone 11系列手机,对于喜欢小尺寸手机的用户而言,iPhone 11 Pro是一个非常不错的选择,它拥有三台机器中最小的机身尺寸,握持手感舒适,硬件与功能上全都与11 Pro Max看齐,相比iPhone 11这样在多处阉割的机型更像是个小钢炮。不过11 Pro配备的电池也是三款机型中最小的,续航相对会差一些,好在其随机就附送了18W的PD快充套装。那么它的充电详情是怎样的呢?今天就来为大家做iPhone 11 Pro的充电全程评测。
  • 车主指控特斯拉,电池组缺陷导致自燃 日前,美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)发布公告,称在9月17日收到了一份车主代表的缺陷申请,申请中指出,特斯拉Model S和Model X的电池组存在缺陷,这些缺陷可能会导致车辆发生“非撞车性火灾”。目前,NHTSA已就此缺陷展开调查。
  • PD 充电或成Android手机快充标准 一份于 9 月份发布、疑似为最新的 GMS 认证文档显示,Google 官方对其中部分条例进行了更新,明确了 OEM 厂商需要遵循的新标准,比如 USB-PD 充电和数字健康等特性。
  • Power Integrations交付第一百万颗基于氮化镓的InnoSw 在安克创新深圳总部的活动现场,Power Integrations公司CEO Balu Balakrishnan亲手将第一百万颗氮化镓IC交到了安克CEO阳萌手中。安克是业界知名的充电器和适配器生产厂商,致力于为全球零售商提供紧凑、强大的USB PD适配器,以及适用于笔记本电脑、智能移动设备、机顶盒、显示器、家电、网络设备和游戏产品的各种充电器和适配器。
  • 高效电源管理架构加速量子计算机商用化 迄今为止还没有成熟的量子计算机出现,文章讨论了超级计算机的电源需求、百亿亿级(Exascale)计算机、以及量子计算机的电源需求。电源管理设计人员面临的挑战将很快从Exascale计算机转换到量子计算机,而后者的电源管理将更具独特的挑战性。
相关推荐
    广告
    近期热点
    广告
    广告
    广告
    可能感兴趣的话题
    广告