总体描述
FS26汽车安全系统基础芯片（SBC）家族的设备设计支持入门级和中端安全微控制器，例如S32K3系列。FS26设备具有多个电源供应，并具备与其他面向汽车电气化的微控制器灵活合作的能力。FS26的应用包括动力传动、底盘、安全和低端网关技术等多个领域。
该家族的设备包括多个版本，这些版本在引脚兼容性和软件兼容性上相同。这些版本支持广泛的应用，符合汽车安全完整性等级（ASIL）B或D，提供多种输出电压、工作频率、上电顺序和集成系统级特性的选择。
特性和优势
操作范围
- 最大输入电压为40 V DC
- 支持使用VBST时，操作电压范围可下降至电池3.2 V
- 不使用VBST时，操作电压范围可下降至电池6 V
- 低功耗OFF模式，静态电流30 µA
- 低功耗待机模式，在VPRE激活时静态电流为29 µA。可通过OTP配置选择激活LDO1或LDO2。通过SPI通信选择激活GPIO1或GPIO2。
FS26还具备多个开关模式调节器和低压差线性稳压器（LDO），用于为微控制器、传感器、外围IC和通信接口提供电源。此外，FS26提供高精度参考电压供给系统和两个独立跟踪调节器。它还支持系统控制和诊断的各种功能，包括模拟多路复用器、通用输入/输出（GPIO）和可通过I/O、长时定时器（LDT）或串行外设接口（SPI）通信选择的唤醒事件。
FS26的开发符合ISO 26262标准，并包含增强的安全特性，具备多个故障安全输出。它使用最新的按需潜在故障监控，并可作为涵盖ASIL B和ASIL D的安全导向系统划分方案的一部分。
电源供应
- VPRE: 集成场效应晶体管（FET）的同步降压转换器。可配置输出电压和开关频率，输出直流电流能力高达1.5 A，并支持低功耗待机模式的PFM模式操作。
- VCORE: 集成FET的同步降压转换器，专用于微控制器核心供电。输出直流电流高达0.8 A或1.65 A（取决于型号），输出电压范围可设置从0.8 V到3.35 V。
- VBST: 带有外部低侧开关、二极管和电流检测电阻的同步升压控制器。VBST可配置为前端供电以适应低压曲轴启动曲线，或作为后端供电，可配置输出电压和可扩展的输出直流电流能力。
- LDO1: 用于微控制器I/O支持的LDO稳压器，可选择输出电压在3.3 V和5.0 V之间，并具有高达400 mA的电流能力。
- LDO2: 用于系统外围支持的LDO稳压器，可选择输出电压在3.3 V和5.0 V之间，并具有高达400 mA的电流能力。
- VREF: 高精度参考电压，精度为0.75%，用于外部ADC参考和内部跟踪参考。
- TRK1和TRK2: 电压跟踪调节器，可选择输出电压为VREF、LDO2或内部LDO参考之间。支持电子控制单元（ECU）离板操作的高压保护。每个跟踪器的电流能力高达150 mA。
- 系统支持
- 两个带高压支持的唤醒输入，用于提升系统的鲁棒性
- 两个可编程GPIO，具备唤醒功能或高速/低速驱动器
- 可编程长时间定时器（LDT），用于系统关闭和唤醒控制
- 通过模拟多路复用器监控系统电压（包括电池电压监控）
- 可选择的唤醒源包括：WAKE/GPIO引脚、长时间定时器（LDT）或SPI活动
- 通过32位SPI接口进行设备控制，支持循环冗余校验（CRC）
2.2.4 符合性
- 电磁兼容性（EMC）优化技术，包括频率扩频、斜率控制和手动频率调整，用于开关调节器
- 支持各种汽车EMI测试标准的电磁干扰（EMI）鲁棒性
2.2.5 功能安全
- 从ASIL B到ASIL D的可扩展产品组合
- 独立的监控电路，专用于微控制器监控，具有简单或挑战性看门狗功能
- 启动时的模拟内建自测试（ABIST）和逻辑内建自测试（LBIST）
- 按需的模拟内建自测试（ABIST）
- 带有潜在故障检测机制的安全输出（RSTB、FS0B、FS1B）
2.2.6 配置和启用
- LQFP 48引脚封装，带有暴露的散热板，用于优化热管理
- 通过一次可编程（OTP）保险丝存储器进行永久设备定制
- OTP仿真模式，用于硬件开发和评估
- 调试模式，用于软件开发、MCU编程和调试
所有外部组件必须为汽车级，符合以下标准：
AEC-Q100（用于IC芯片）
AEC-Q101（用于分立组件）
AEC-Q200（用于无源组件）
电源组件列表（VBST在前端配置中）
| 组件 | 描述 |
|---|---|
| CSUP | 4.7 µF 去耦电容，靠近引脚；最小电压额定值：50 V |
| CSUP_PWR | 4.7 µF 标称去耦电容，靠近引脚；并联100 nF标称去耦电容；最小电压额定值：50 V |
| RSENSE | 5.1 kΩ 电流限制电阻 |
| CSENSE | 1 µF 标称去耦电容；最小电压额定值：50 V |
| DBAT | 反向电池二极管保护；低VFORWARD以最小化损耗；IFORWARD > 2倍最大VBST输入电流；VREVERSE > 50 V |
| RIP | 可选组件，用于在低功耗模式下维持ISO脉冲（仅在应用需要时才需要）；1 kΩ 电阻 - 最小0.25 W |
| DIP | 可选组件，用于在低功耗模式下维持ISO脉冲（仅在应用需要时才需要）；30 V 稳压二极管（例如：BZX384） |
| CBAT | 47 µF 标称电解电容或更大；并联100 nF 标称去耦电容；最小电压额定值：50 V |
电源组件列表（VBST在前端配置中）
| 组件 | 描述 |
|---|---|
| CSUP | 4.7 µF 去耦电容，靠近引脚；最小电压额定值：50 V |
| CSUP_PWR | 4.7 µF 标称去耦电容，靠近引脚；并联100 nF标称去耦电容；最小电压额定值：50 V |
| RSENSE | 5.1 kΩ 电流限制电阻 |
| CSENSE | 1 µF 标称去耦电容；最小电压额定值：50 V |
| DBAT | 反向电池二极管保护；低VFORWARD以最小化损耗；IFORWARD > IPRE（VPRE输入电流）；VREVERSE > 50 V |
| RIP | 可选组件，用于在低功耗模式下维持ISO脉冲（仅在应用需要时才需要）；1 kΩ 电阻 - 最小0.25 W |
| DIP | 可选组件，用于在低功耗模式下维持ISO脉冲（仅在应用需要时才需要）；30 V 稳压二极管（例如：BZX384） |
| CBAT | 47 µF 标称电解电容或更大；最小电压额定值：50 V |
| LPI | 谐振频率计算为：标称1 µH，屏蔽以最小化辐射，±20%公差优选，±30%允许；建议使用软饱和 |
| CPI1, CPI2 | 10 µF 标称去耦电容；最小电压额定值：50 V |
| CPI3, CPI4 | 100 nF 标称去耦电容；最小电压额定值：50 V |
所有外部组件必须为汽车级，符合以下标准：
- AEC-Q100（用于IC芯片）
- AEC-Q101（用于分立组件）
- AEC-Q200（用于无源组件）
前端模式组件描述
| 组件 | 描述 |
|---|---|
| CIN_BST_FE | 2 x 10 μF 标称值，靠近VBST_IN引脚，另加CBAT；最小电压额定值：50 V |
| LBST | 4.7 µH 标称值；屏蔽，±20 %公差优选，但±30 %也可接受；RLBST_DCR 电阻 < 60 mΩ；ISATURATION > (VBST_ILIM_TH* / RSNS_BST) + 20 %；建议使用软饱和器件 |
| QBST | N沟道MOSFET；IDS > 2x (VBST_ILIM_TH / RSNS_BST) + 20 %；VDS > 40 V或更高；RLS_RDSON < 50 mΩ以最小化导通损耗；门限电压VT < 3 V；总栅极电荷在VDRIVE = 5 V时：QLS < 10 nC，以最小化开关损耗 |
| DBST | 建议使用肖特基二极管；低VFORWARD < 0.5 V；VREVERSE > 40 V；IFORWARD > (VBST_ILIM_TH* / RSBS_BST) + 20 % |
| RSNS_BST | RSNS_BST取决于选择的电流限制VBST_ILIM_TH，参见FS26_SMPS_Calculator.xlsx电子表格；电流限制 = (VBST_ILIM_TH / RSNS_BST)；电流限制应选择输入最大峰值电流；±1 % 精度；使用功率电阻至少x2 > PRSNS_BST = RSNS_BST x (D x IIN)^2，D = 占空比。使用NXP的FS26功耗工具电子表格估算IIN |
| COUT_BST_FE | 最小有效电容为20 μF。可以并联使用多个电容器以实现有效的20 μF值（包括与直流偏置温度的降额）。最小电压额定值：50 V |
| COUT_PG | 1 nF 标称值，靠近引脚以增强抗扰度；最小电压额定值：2x VDDIO电压（3x VDDIO电压优选，以最小化直流偏置降额） |
| RBST_PG_PU | 如果上拉到VDDIO，标称值为10 kΩ |
所有外部组件必须为汽车级，符合以下标准：
- AEC-Q100（用于IC芯片）
- AEC-Q101（用于分立组件）
- AEC-Q200（用于无源组件）
后端模式（独立VBST）
组件描述
| 组件 | 描述 |
|---|---|
| CIN_BST_BE | 2 x 22 μF 标称值，靠近VBST_IN引脚，另加COUT_PRE。如果CIN_BST_BE和COUT_PRE靠近VBST_IN放置，则可减少为1 x 22 μF标称值；最小电压额定值：2x VBST_IN |
| LBST | 4.7 µH 标称值；屏蔽，±20 %公差优选，但±30 %也可接受；RLBST_DCR 电阻 < 60 mΩ；ISATURATION > (VBST_ILIM_TH* / RSNS_BST) + 20 %；建议使用软饱和器件。使用VBST_ILIM_TH最大值进行计算（参见FS26数据手册） |
| QBST | N沟道MOSFET；IDS > 2x (VBST_ILIM_TH / RSNS_BST) + 20 %；VDS > 20 V或更高；RLS_RDSON < 50 mΩ以最小化导通损耗；门限电压VT < 3 V；总栅极电荷在VDRIVE = 5 V时：QLS < 10 nC，以最小化开关损耗 |
| DBST | 建议使用肖特基二极管；低VFORWARD < 0.5 V；VREVERSE > 20 V；IFORWARD > (VBST_ILIM_TH* / RSBS_BST) + 20 %。使用VBST_ILIM_TH最大值进行计算（参见FS26数据手册） |
| RSNS_BST | RSNS_BST取决于选择的电流限制VBST_ILIM_TH，参见FS26_SMPS_Calculator.xlsx电子表格。电流限制 = (VBST_ILIM_TH / RSNS_BST)；电流限制应选择输入最大峰值电流；±1 % 精度；使用功率电阻至少x2 > PRSNS_BST = RSNS_BST x (D x IIN)^2，D = 占空比。使用NXP的FS26功耗工具电子表格估算IIN。使用20 mΩ至100 mΩ之间的标准值。参见数据手册中的升压控制器：VBST部分，以查看每个RSNS_BST值可能的最大VBST输出电流 |
| COUT_BST_BE | 最小有效电容为20 μF。可以并联使用多个电容器以实现有效的20 μF值（包括与直流偏置温度的降额）。最小电压额定值：50 V |
所有外部组件必须为汽车级，符合以下标准：
- AEC-Q100（用于IC芯片）
- AEC-Q101（用于分立组件）
- AEC-Q200（用于无源组件）
表5. 后端配置中VBST组件列表
VBST Power Good Pin (后端模式)
在后端配置中，VBST电源良好引脚（VBST power good pin）可以用来在软启动和正常操作期间指示输出过载情况。
在正常操作中，VBST输出的过载情景可能导致输入（VPRE）过载。在这种情况下，如果VBST过载足以导致VPRE电压下降到其欠压（UV）阈值以下，则整个系统将被关闭。为了解决这个问题，必须将VBST输出与系统的其余部分隔离，以确保正常操作。
VBST电源良好引脚还可以用于驱动外部电路以打开VBST输出路径。VBST将自动关闭，过载情况将被移除。需要通过SPI命令再次开启VBST。
在正常操作中，VBST电源良好引脚是释放的，PMOS是关闭的（NMOS的栅极被驱动到地）。当检测到过载并且VBST输出电压下降到其标称电压的25%以下（VBST < VBST_UV_PG）时，电源良好引脚将被拉低，PMOS将通过电阻RGS被动关闭。
在软启动期间，VBST_PG处于高电平（开漏关闭）以启用外部开关并将输出电压传递给负载。如果检测到过载情况（VBST < VBST_UV_PG），VBST电源良好引脚将被拉低以通知过载事件。VBST控制器将保持启用状态，直到软启动完成。
电源良好引脚的工作原理
-
正常操作中：
- VBST电源良好引脚释放： PMOS关闭（NMOS的栅极驱动到地）。
- 检测到过载： VBST输出电压下降到其标称电压的25%以下（VBST < VBST_UV_PG），电源良好引脚被拉低，PMOS通过电阻RGS被动关闭。
-
软启动期间：
- VBST_PG处于高电平： 启用外部开关并将输出电压传递给负载。
- 检测到过载： VBST电源良好引脚被拉低以通知过载事件。VBST控制器保持启用状态，直到软启动完成。
使用示例
在设计中，可以通过以下方式使用VBST电源良好引脚：
- 监控VBST输出电压，确保在过载情况下及时响应。
- 驱动外部电路（如开关或继电器）以打开或关闭VBST输出路径。
- 在检测到过载情况时，通过SPI命令重新启用VBST。
这种配置确保了系统在过载情况下的保护和稳定性，提高了系统的可靠性。
CIN1_WAKEx, CIN1_GPIOx, CIN2_WAKEx, CIN2_GPIOx 组件描述
CIN1_WAKEx 和 CIN1_GPIOx
- 用途: 用于ESD（静电放电）保护和信号阻尼。
- 组件: 电容器
- 值: 标称值22 nF
- 电压额定: 最小50 V
- 位置: 用于缓冲ESD枪应力。
- 功能: 这些电容器通过缓冲由ESD事件引起的高频瞬变来保护电路。
CIN2_WAKEx 和 CIN2_GPIOx
- 用途: 用于信号免疫和噪声滤波。
- 组件: 电容器
- 值: 标称值10 nF
- 电压额定: 最小50 V
- 位置: 靠近引脚。
- 功能: 这些电容器通过提供对瞬变干扰的免疫力，帮助滤除噪声并确保信号传输的稳定性。
RFILT
- 用途: 限制输入电流并保护免受ESD和ISO脉冲的影响。
- 组件: 电阻
- 值: 标称值5.1 kΩ
- 尺寸: 最小0805，以避免在ESD枪和ISO脉冲期间发生电弧。
- 功能: 该电阻限制进入引脚的电流，减少高压瞬变和ESD事件造成的损害风险。
RSHORT
- 用途: 保护相邻引脚免受引脚级别短路的影响。
- 组件: 电阻
- 值: 标称值5.1 kΩ
- 功能: 该电阻用于通过限制短路时的电流来保护相邻引脚，从而防止对引脚和整个电路的损害。
总结
这些组件对于确保系统的稳健性和可靠性至关重要，特别是在容易发生ESD事件和其他电气干扰的环境中。它们提供必要的保护和滤波，以维持稳定和安全的运行。
-
CIN1_WAKEx, CIN1_GPIOx:
- 22 nF电容器，50 V额定
- 缓冲ESD枪应力
-
CIN2_WAKEx, CIN2_GPIOx:
- 10 nF电容器，50 V额定
- 靠近引脚提供免疫力
-
RFILT:
- 5.1 kΩ电阻，最小0805尺寸，防止ESD和ISO脉冲期间电弧
-
RSHORT:
- 5.1 kΩ电阻，保护相邻引脚免受短路影响