《電子技術(shù)應(yīng)用》
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汽車電子設(shè)計(jì)中,如何正確選用看門狗的電源?

2021-05-29
來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
關(guān)鍵詞: 汽車電子 看門狗 電源

  著汽車電子對(duì)功能安全等級(jí)的要求提高,越來(lái)越多的汽車電子系統(tǒng)也用上了看門狗(Watchdog)功能來(lái)提高電源的安全性和可靠性,以滿足功能安全的要求。本文將介紹帶看門狗電源的分類、系統(tǒng)框圖、工作原理以及典型應(yīng)用。

  通常,我們將帶有看門狗的電源分為三類:

  ■ 基本型看門狗電源

  ■ 窗口型看門狗電源

  ■ 問(wèn)答型看門狗電源

  1. 基本型看門狗電源

  1.1系統(tǒng)框圖

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  圖1:線性穩(wěn)壓器L4995的系統(tǒng)框圖。

  以意法半導(dǎo)體(ST)的線性穩(wěn)壓器L4995為例,從其系統(tǒng)框圖(圖1)中可以看到,基本型看門狗電路基本有以下三種功能引腳:

  ■ 基本功能引腳

  – Vin(電池輸入)

  – Vo(穩(wěn)壓器電壓輸出)

  – GND

  ■ 用3個(gè)引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)看門狗的功能(Wi、Vcw、Res)

  – Wi(WD PWM輸入)

  – Vcw(WD電容器引腳)

  – Res(復(fù)位)

  ■ 保護(hù)功能(沒(méi)有列出所有的保護(hù)功能)

  – 負(fù)載電流限流

  – 溫度關(guān)斷

  1.2 工作原理

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  圖2:L4995工作原理。

  連接的微控制器由看門狗輸入Wi監(jiān)控。如果脈沖丟失,復(fù)位輸出引腳設(shè)置為低(圖2)。利用外部電容器Ctw,可以在較寬的范圍內(nèi)設(shè)置脈沖序列時(shí)間??撮T狗電路用恒流Icwd向電容器Ctw放電。如果達(dá)到較低的閾值Vwlth,將看門狗重置。

  每個(gè)Wi正邊沿將電流源從放電切換到充電。當(dāng)達(dá)到較低的閾值時(shí)也會(huì)發(fā)生同樣的情況。當(dāng)電壓達(dá)到上限時(shí),電流從充電切換到放電,其結(jié)果是一個(gè)鋸齒波。Vcw為看門狗定時(shí)器電容器Ctw處的電壓。

  2. 窗口型看門狗

  2.1系統(tǒng)框圖

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  圖3:低壓差穩(wěn)壓器TLE7273-2系統(tǒng)框圖。

  英飛凌(Infineon)的低壓差穩(wěn)壓器TLE7273-2中所內(nèi)置的看門狗即為窗口型看門狗,其系統(tǒng)框圖如圖3所示。

  2.2 工作原理

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  圖4:TPS7A63xx-Q1內(nèi)置看門狗的窗口持續(xù)時(shí)間。

  以TI低壓差穩(wěn)壓器TPS7A63xx-Q1為例,如圖4所示,每個(gè)看門狗窗口由一個(gè)打開的窗口和一個(gè)關(guān)閉的窗口組成,每個(gè)窗口的寬度約為看門狗窗口的50%。但有一個(gè)例外:看門狗初始化后第一個(gè)打開的窗口是看門狗窗口持續(xù)時(shí)間的8倍。除看門狗初始化后打開的窗口外,所有打開的窗口都是看門狗窗口寬度的一半。初始化時(shí),看門狗只能在打開的窗口中接收服務(wù)(通過(guò)軟件、外部微控制器等)。在關(guān)閉的窗口中維護(hù)的看門狗,或在打開的窗口中不維護(hù)的看門狗,會(huì)造成看門狗的報(bào)錯(cuò)。

  3. 問(wèn)答型看門狗

  3.1系統(tǒng)框圖

  用德州儀器(TI)的TPS65381(用于安全關(guān)鍵型應(yīng)用中的微處理器的多軌電源)的系統(tǒng)框圖(圖5)來(lái)示意帶有問(wèn)答型看門狗的結(jié)構(gòu)。

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  圖5:TPS65381系統(tǒng)框圖。

  3.2 工作原理

  下面用DRV3205-Q1(TI的一款用于汽車安全應(yīng)用的具有3個(gè)電流感應(yīng)放大器的三相電機(jī)前置驅(qū)動(dòng)器IC)的問(wèn)答型看門狗來(lái)解釋一下具體的工作原理(圖6)。

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  圖6:看門狗定時(shí)器簡(jiǎn)化流程圖。

  問(wèn)答型看門狗通過(guò)SPI發(fā)送特定的消息序列定期進(jìn)行操作。根據(jù)單片機(jī)的請(qǐng)求,DRV3205-Q1向SPI上的MCU,鎖定在WDT_ANSWER令牌U值寄存器中。單片機(jī)執(zhí)行一系列固定的對(duì)令牌值進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算,并將生成的令牌值返回給MCU通過(guò)寫入WDT_ANSWER應(yīng)答寄存器的SPI。DRV3205-Q1設(shè)備驗(yàn)證MCU是否返回令牌值在指定的時(shí)間窗口內(nèi)產(chǎn)生(應(yīng)答),并且令牌值響應(yīng)(答案)正確。

  ● 當(dāng)MCU在正確的時(shí)間窗口內(nèi)執(zhí)行與看門狗相關(guān)的SPI通信時(shí),并返回正確計(jì)算的響應(yīng)(答案),看門狗認(rèn)為這是好事件。

  ● 當(dāng)MCU在正確的定時(shí)窗口外執(zhí)行與看門狗相關(guān)的SPI通信時(shí),或返回錯(cuò)誤計(jì)算的令牌響應(yīng)(答案),或返回錯(cuò)誤的正確答案順序,看門狗認(rèn)為這是壞事件。

  ● 當(dāng)MCU在看門狗超時(shí)期間暫??撮T狗相關(guān)的SPI通信時(shí)窗口,看門狗將此視為無(wú)響應(yīng)事件。

  ● 內(nèi)部計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)wd_fail_cnt寄存器中的錯(cuò)誤響應(yīng)數(shù),該寄存器觸發(fā)。

  ● 如果wd_fail_cnt達(dá)到預(yù)先定義的限制,則失敗。通過(guò)在wd_fail_max中指定限制注冊(cè)后,可以為壞事件的數(shù)量設(shè)置一個(gè)緩沖區(qū)。

  問(wèn)答型看門狗目前用在對(duì)應(yīng)功能安全等級(jí)ASIL-C/D的汽車系統(tǒng)中,例如EPS。但這個(gè)電路的缺點(diǎn)就是增加了控制軟件的復(fù)雜度,同時(shí)也增加了硬件的成本,需要依據(jù)具體的系統(tǒng)要求來(lái)選用。

  綜上所述,汽車中帶有看門狗功能的電源依據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合可以合適地選用。需要在成本、復(fù)雜性、可靠性和功能安全等方面進(jìn)行綜合權(quán)衡后得出一個(gè)折衷的選擇。




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