著汽車電子對功能安全等級的要求提高,,越來越多的汽車電子系統(tǒng)也用上了看門狗(Watchdog)功能來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
■ 問答型看門狗電源
1. 基本型看門狗電源
1.1系統(tǒng)框圖
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個引腳來實現(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
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)到較低的閾值時也會發(fā)生同樣的情況,。當(dāng)電壓達(dá)到上限時,,電流從充電切換到放電,其結(jié)果是一個鋸齒波,。Vcw為看門狗定時器電容器Ctw處的電壓,。
2. 窗口型看門狗
2.1系統(tǒng)框圖
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
圖4:TPS7A63xx-Q1內(nèi)置看門狗的窗口持續(xù)時間,。
以TI低壓差穩(wěn)壓器TPS7A63xx-Q1為例,如圖4所示,,每個看門狗窗口由一個打開的窗口和一個關(guān)閉的窗口組成,,每個窗口的寬度約為看門狗窗口的50%。但有一個例外:看門狗初始化后第一個打開的窗口是看門狗窗口持續(xù)時間的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,,看門狗只能在打開的窗口中接收服務(wù)(通過軟件,、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,,會造成看門狗的報錯。
3. 問答型看門狗
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)來示意帶有問答型看門狗的結(jié)構(gòu),。
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個電流感應(yīng)放大器的三相電機前置驅(qū)動器IC)的問答型看門狗來解釋一下具體的工作原理(圖6)。
圖6:看門狗定時器簡化流程圖,。
問答型看門狗通過SPI發(fā)送特定的消息序列定期進(jìn)行操作,。根據(jù)單片機的請求,DRV3205-Q1向SPI上的MCU,,鎖定在WDT_ANSWER令牌U值寄存器中,。單片機執(zhí)行一系列固定的對令牌值進(jìn)行算術(shù)運算,并將生成的令牌值返回給MCU通過寫入WDT_ANSWER應(yīng)答寄存器的SPI,。DRV3205-Q1設(shè)備驗證MCU是否返回令牌值在指定的時間窗口內(nèi)產(chǎn)生(應(yīng)答),,并且令牌值響應(yīng)(答案)正確。
● 當(dāng)MCU在正確的時間窗口內(nèi)執(zhí)行與看門狗相關(guān)的SPI通信時,,并返回正確計算的響應(yīng)(答案),,看門狗認(rèn)為這是好事件。
● 當(dāng)MCU在正確的定時窗口外執(zhí)行與看門狗相關(guān)的SPI通信時,,或返回錯誤計算的令牌響應(yīng)(答案),,或返回錯誤的正確答案順序,看門狗認(rèn)為這是壞事件,。
● 當(dāng)MCU在看門狗超時期間暫??撮T狗相關(guān)的SPI通信時窗口,看門狗將此視為無響應(yīng)事件,。
● 內(nèi)部計數(shù)器存儲wd_fail_cnt寄存器中的錯誤響應(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,。通過在wd_fail_max中指定限制注冊后,,可以為壞事件的數(shù)量設(shè)置一個緩沖區(qū)。
問答型看門狗目前用在對應(yīng)功能安全等級ASIL-C/D的汽車系統(tǒng)中,,例如EPS,。但這個電路的缺點就是增加了控制軟件的復(fù)雜度,同時也增加了硬件的成本,,需要依據(jù)具體的系統(tǒng)要求來選用,。
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)衡后得出一個折衷的選擇,。