TPS38700-Q1：多通道電源排序器的技術(shù)剖析與應(yīng)用指南

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電源管理和排序是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，尤其是對(duì)于那些對(duì)電源穩(wěn)定性和時(shí)序要求極高的系統(tǒng)。德州儀器（TI）的TPS38700-Q1多通道電源排序器，憑借其豐富的特性和靈活的配置能力，成為了眾多工程師在設(shè)計(jì)中的理想選擇。今天，我們就來(lái)深入剖析這款器件，探討其技術(shù)特點(diǎn)、工作原理以及實(shí)際應(yīng)用。

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1. 器件概述

TPS38700-Q1是一款集成了窗口看門狗和I2C可編程功能的多通道電壓排序器，采用24引腳4mm x 4mm VQFN封裝。它專為需要精確上電和/或下電排序的系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，并且可以與多通道電壓監(jiān)控器配合使用。該器件默認(rèn)采用預(yù)編程的OTP選項(xiàng)，但如果需要，也可以通過(guò)I2C重新編程上電和下電序列、看門狗設(shè)置以及序列時(shí)序選項(xiàng)。

1.1 關(guān)鍵特性

• 汽車應(yīng)用資質(zhì)：通過(guò)AEC-Q100認(rèn)證，器件溫度等級(jí)為1（-40°C至+125°C），HBM ESD分類為2級(jí)，CDM ESD分類為C7B，適用于汽車電子等對(duì)可靠性要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景。
• 功能安全合規(guī)：專為功能安全應(yīng)用開(kāi)發(fā)，可提供符合ISO 26262系統(tǒng)設(shè)計(jì)的文檔，系統(tǒng)能力可達(dá)ASIL D，硬件能力可達(dá)ASIL B。
• 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為2.2V至5.5V，欠壓鎖定（UVLO）為2.0V，能夠適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 低靜態(tài)電流：典型靜態(tài)電流僅為35μA，有助于降低系統(tǒng)功耗。
• 豐富功能：具備窗口看門狗、獨(dú)立復(fù)位（RESET）、獨(dú)立中斷請(qǐng)求（NIRQ）、NVM錯(cuò)誤檢查（1位糾錯(cuò)、2位錯(cuò)誤檢測(cè)）、寄存器映射的CRC錯(cuò)誤檢查、電池備份、晶體振蕩器選項(xiàng)、I2C可編程序列以及RTC時(shí)鐘報(bào)警功能等。

2. 引腳配置與功能

TPS38700-Q1的引腳配置涵蓋了各種控制和通信功能，以下是一些關(guān)鍵引腳的介紹：

• NIRQ：中斷引腳（開(kāi)漏，低電平有效），用于向主機(jī)處理器報(bào)告故障信息。
• NRST：復(fù)位引腳（開(kāi)漏，低電平有效），可用于系統(tǒng)復(fù)位。
• SLEEP：睡眠引腳，邏輯高電平退出睡眠模式，邏輯低電平進(jìn)入睡眠模式。
• ACT：激活引腳，邏輯高電平啟動(dòng)上電序列，邏輯低電平啟動(dòng)下電序列。
• SCL和SDA：I2C時(shí)鐘和數(shù)據(jù)引腳，用于與主機(jī)進(jìn)行通信和配置。
• ENx：使能引腳，可配置為開(kāi)漏或推挽輸出，用于控制外部電源模塊的開(kāi)啟和關(guān)閉。

3. 技術(shù)規(guī)格

3.1 絕對(duì)最大額定值

該器件的絕對(duì)最大額定值確保了在各種極端條件下的可靠性。例如，VDD和VBBAT引腳的電壓范圍為-0.3V至6V，而一些其他引腳的電壓范圍也有明確的限制。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須嚴(yán)格遵守這些額定值，以避免器件損壞。

3.2 ESD額定值

TPS38700-Q1具有良好的ESD防護(hù)能力，HBM ESD為+2000V，所有引腳的CDM ESD為±500V，角引腳為±750V。這使得器件在實(shí)際應(yīng)用中能夠更好地抵抗靜電干擾。

3.3 推薦工作條件

推薦的工作條件包括電源電壓、引腳電壓、電流等參數(shù)。例如，VDD電源引腳電壓推薦范圍為2.2V至5.5V，VBBAT電池備份電壓為1.8V至5.5V。在設(shè)計(jì)電源電路時(shí)，應(yīng)確保這些條件得到滿足，以保證器件的正常工作。

3.4 時(shí)序要求

器件的時(shí)序要求在其正常運(yùn)行中起著關(guān)鍵作用。例如，ENx引腳的切換延遲、CLK32K的頻率和占空比等都有明確的規(guī)定。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，需要根據(jù)這些時(shí)序要求來(lái)安排各個(gè)模塊的工作順序和時(shí)間間隔。

4. 詳細(xì)功能描述

4.1 狀態(tài)機(jī)

TPS38700-Q1的狀態(tài)機(jī)描述了其在不同條件下的工作流程，包括上電、下電、睡眠、備份等狀態(tài)。理解狀態(tài)機(jī)對(duì)于正確配置和使用器件至關(guān)重要。例如，當(dāng)VDD高于POR和UVLO且ACT為低電平時(shí)，器件處于關(guān)機(jī)狀態(tài)；當(dāng)ACT變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，開(kāi)始上電序列。

4.2 內(nèi)置自測(cè)試（BIST）

在POR（上電復(fù)位）時(shí)，如果TEST_CFG_AT_POR = 1，或者在退出序列5或序列6時(shí)，如果TEST_CFG_AT_SHDN = 1且下電不是由CTL_1.FORCE_SHDN[1:0]設(shè)置為01b、10b或11b啟動(dòng)的，器件會(huì)執(zhí)行內(nèi)置自測(cè)試。BIST有助于檢測(cè)器件內(nèi)部的故障，確保系統(tǒng)的可靠性。

4.3 CLK32K輸出

TPS38700-Q1設(shè)計(jì)用于提供精確的CLK32K輸出，該輸出用于設(shè)置RTC時(shí)間和報(bào)警。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的頻率輸出，需要選擇合適的外部晶體振蕩器，并根據(jù)其電容負(fù)載要求進(jìn)行配置。

4.4 備份狀態(tài)

當(dāng)VDD低于UVLO且VBBAT存在且大于1.85V時(shí)，器件進(jìn)入備份狀態(tài)。在備份狀態(tài)下，只有電池為器件供電，部分功能保持活動(dòng)，而其他部分則處于停用狀態(tài)。這種設(shè)計(jì)可以保證在主電源故障時(shí)，系統(tǒng)仍能保持一定的功能。

4.5 故障安全狀態(tài)

當(dāng)檢測(cè)到嚴(yán)重故障（如F_TSD和F_LDO故障）時(shí)，器件進(jìn)入故障安全狀態(tài)。在該狀態(tài)下，所有輸出引腳被拉低，同時(shí)盡力保持I2C通信的活性，以方便主機(jī)進(jìn)行故障診斷和處理。

4.6 序列轉(zhuǎn)換

器件支持多種序列轉(zhuǎn)換，包括上電、緊急下電、睡眠進(jìn)入和退出等。這些序列的觸發(fā)條件和時(shí)間間隔可以通過(guò)寄存器進(jìn)行配置，以滿足不同系統(tǒng)的需求。例如，上電序列可以由ACT引腳或NPWR_BTN引腳觸發(fā)，并且可以根據(jù)不同的配置選擇自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)。

4.7 I2C通信

TPS38700-Q1支持I2C通信，通過(guò)I2C可以對(duì)器件進(jìn)行各種配置和監(jiān)控。I2C寄存器分為多個(gè)類別，包括OTP位、中斷信息位、狀態(tài)位、控制位等。通過(guò)對(duì)這些寄存器的讀寫(xiě)操作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的靈活控制。同時(shí)，器件還支持?jǐn)?shù)據(jù)包錯(cuò)誤檢查（PEC）功能，用于提高I2C通信的可靠性。

5. 實(shí)際應(yīng)用案例

5.1 汽車多通道排序與監(jiān)控應(yīng)用

在汽車電子系統(tǒng)中，TPS38700-Q1可用于為目標(biāo)SOC設(shè)備提供適當(dāng)?shù)碾妷号判颉Ｋㄟ^(guò)向DC/DC轉(zhuǎn)換器提供使能信號(hào)，來(lái)生成SOC所需的各個(gè)電壓軌。同時(shí)，多通道電壓監(jiān)控器用于監(jiān)測(cè)這些電壓軌的上電和下電過(guò)程，確保正確的序列發(fā)生。安全微控制器則通過(guò)ACT、NIRQ和I2C接口與TPS38700-Q1進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的控制和故障處理。

5.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)基于TPS38700-Q1的系統(tǒng)時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 電源供應(yīng)：確保電源電壓在推薦范圍內(nèi)，同時(shí)考慮電源的穩(wěn)定性和抗干擾能力?？梢栽赩DD和GND引腳之間添加適當(dāng)?shù)碾娙?，以減少電源噪聲。
• 引腳配置：根據(jù)系統(tǒng)需求合理配置各個(gè)引腳的功能，例如使能引腳的輸出模式（開(kāi)漏或推挽）、中斷引腳的連接等。
• I2C通信：確保I2C總線的電氣特性符合要求，包括上拉電阻的選擇和布線規(guī)范。同時(shí)，注意PEC功能的使用，以提高通信的可靠性。
• 布局設(shè)計(jì)：將外部組件盡可能靠近器件放置，避免過(guò)長(zhǎng)的走線，以減少寄生效應(yīng)的影響。同時(shí)，注意模擬和數(shù)字信號(hào)的隔離，避免相互干擾。

TPS38700-Q1是一款功能強(qiáng)大、性能可靠的多通道電源排序器，適用于各種對(duì)電源管理和排序有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)景。通過(guò)深入了解其技術(shù)特點(diǎn)、工作原理和應(yīng)用要點(diǎn)，工程師可以更好地利用這款器件，設(shè)計(jì)出更加穩(wěn)定、高效的電子系統(tǒng)。希望本文能夠?qū)δ脑O(shè)計(jì)工作有所幫助。