隨著汽車電子智能化、網聯化的高速發展以及車身電子電氣架構的升級, 汽車電子產品也有了新的應用需求, 比如車里會有更多的傳感類與執行類小模塊產品, 此類產品要求系統尺寸小, 靜態電流低；同時也有越來越多的產品提出功能安全需求。這些新的系統需求也對供電電源提出了新的要求, LN22043Q1是瓴芯推出的新一代車規級LDO, 既繼承了瓴芯前一代LDO產品LN20X42Q1、LN20X45Q1的寬電壓輸入、低靜態電流、高PSRR等技術優勢, 又集成了窗口型看門狗, 電池電壓監測, 輸出過壓、欠壓監測等功能以協助客戶實現產品小型化及系統級別功能安全設計。

典型應用圖

LN22043Q1系列芯片是一款集成窗口型看門狗, 電池電壓監測, 輸出過壓、欠壓監測的高性能LDO, 芯片尺寸僅為3*3mm, 具有高集成性, 低靜態電流等優點, 專為汽車電子客戶量身定制, 可以提供客戶功能安全分析所需的文檔資料。該產品可以廣泛應用于換擋器、方向盤離手檢測、車燈控制器、網關、傳感器模塊、電機模塊等諸多應用場景。

01產品簡介

LN22043Q1是一款低靜態電流的線性穩壓器, 集成看門狗復位功能和電池電壓監控功能。該系列產品提供3.3V/5V的固定輸出, 能提供最高300mA的負載電流。關斷電流1.5uA, 運行靜態工作電流16uA。帶有可調延遲的電源標志位管腳(RESET), 該引腳同時復用為看門狗超時復位WDO的輸出管腳, 芯片還帶有電池電壓反饋輸出管腳 (SO) 。該系列產品的主要特點如下:

通過AEC-Q100 Grade 1 驗證

寬輸入電壓范圍:3V~40V

寬輸出電容容值/ESR范圍

高電源抑制比60dB@100Hz

精準的EN電壓控制

可調時間的窗口看門狗復位

最小外圍電路的電池電壓監控

低壓差:300mV@300mA

輸出過/欠壓保護

過流保護

過溫關斷及自動恢復

內部軟啟動

工作結溫范圍:-40℃ - 150℃

系統功能框圖

02

產品優勢

A)看門狗復位功能

LN22043Q1系列芯片內部集成了看門狗復位電路, 可用于實時監控MCU的運行狀態, 并在MCU程序發生異常時對其進行復位, 確保系統正常運行。

LN22043Q1的看門狗具備獨立的WEN使能引腳, WEN為高電平時看門狗復位功能啟動, WEN為低電平時看門狗復位功能關閉。該引腳功能可以給客戶軟件debug, 產線程序燒寫, 上電程序初始化提供靈活性。

LN22043Q1采用窗口看門狗模式, 打開窗口 (Open Window) 與關閉窗口(Closed Window)比例為3:1, 喂狗周期可以通過DELAY管腳上的電容進行靈活配置。相較于標準看門狗只能監測喂狗周期超時的單一故障狀態, 窗口看門狗設置了喂狗信號的上下限, 既能監測喂狗信號超時故障, 又能監測喂狗信號因為程序故障、頻率異常導致的喂狗信號提前的故障。也正因如此, 功能安全ISO26262規范定義窗口看門狗的診斷覆蓋率為90%, 而標準看門狗的診斷覆蓋率只有60%。LN22043Q1的窗口看門狗工作模式可以有效提升PMHF、SPFM與LFM指標, 幫助客戶系統實現系統級別功能安全。

下圖所示兩次reset信號,分別是對應喂狗信號超時與喂狗信號提前的故障狀態:

看門狗電路工作波形

B)電池電壓監控功能

LN22043Q1系列芯片具有電池電壓監控功能, 內部集成一個電壓開關電路和專門的使能管腳 (BEN) , 通過最小外圍電路實現電壓監控功能且不犧牲整個系統的待機功耗。

當整機處于運行狀態下, 系統需要獲取電池電壓信息來進行工作模式的調整。通常系統會對電池電壓經電阻分壓后送ADC進行周期性輪詢采樣來獲取具體電壓信息, 但是當系統出現快速電壓跌落情況下, ADC輪詢采樣方式往往不能及時獲取故障狀態。因此, LN22043Q1內部集成欠壓監測比較器, 欠壓門限值通過SI Pin外接電阻靈活配置, 當SI Pin感知的電壓低于內部基準電壓值時, SO pin會立即拉低給MCU提供中斷信號進行欠壓故障狀態的記錄與處理。

VIN電壓欠壓，SO報錯

VIN電壓正常，SO恢復

在整機處于休眠狀態下, 系統關注靜態電流指標。若上述分壓電阻直接接在KL30常電總線上, 則會帶來靜態電流損耗, 因此傳統設計往往需要外加一些三極管分離電路來切換分壓電阻以節省靜態電流。為簡化該應用電路, LN22043Q1內部集成了高壓MOS開關, 并提供專門的BEN pin。系統休眠狀態下, 拉低BEN Pin, 可以直接切斷電阻電壓, 則KL30總線上不存在額外的靜態電流損耗。該方案可以有效簡化系統BOM, 節省PCB空間。

電池電壓監測功能

C)LDO技術優勢

更低的低靜態工作電流(Iq)和關斷電流(ISHDN)

LN22043Q1系列芯片的靜態工作電流 (Iq) 為16uA；關斷電流 (ISHDN) 為1.5uA, 可以顯著延長電池待機時間, 特別適用于從電池常電 (KL30) 取電的各類應用。下圖為LN220433Q1的Iq和ISHDN曲線。

LDO靜態工作電流Iq

關斷電流ISHDN

更高可靠性的過流保護功能

LN22043Q1系列芯片集成了短路保護和過溫保護功能, 可以在全部輸入電壓和溫度范圍內提供高可靠性的保護, 確保芯片應對車規應用的復雜工況下不受損壞。

Short Circuit Entry

Short Circuit Recovery

更寬的輸出電容環路穩定范圍

LN22043Q1輸出電容可在0.47uF~200uF容值范圍和0~100Ω等效電阻范圍內穩定工作。

穩定區域

更強大的輸出電壓監測功能

目前市面上絕大多數LDO的power good信號只支持欠壓檢測, 針對過壓故障不能診斷。LN22043Q1的輸出電壓監測既能診斷UV故障, 也能診斷OV故障。

芯片輸出OV, RESET報錯

芯片輸出UV, RESET報錯

D) 功能安全支持

瓴芯擁有完善的功能安全開發體系, 并已取得TUV認證的ASIL-D等級的功能安全開發體系證書。目前瓴芯從功能角度將產品分為三類, 已經穩定量產的通用型DCDC/LDO產品 (比如LN20X42Q1/LN20X45Q1等) 為Functional Safety Supported器件, 均可以提供FIT/FMD文件；新品LN22043Q1為Functional Safety Ready器件, 由于加入了看門狗及電壓監測等安全機制, 可以提供額外的資料來支持客戶的功能安全分析需求。

審核編輯：湯梓紅