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2019年08月15日 | 技术文章—电源管理集成电路（PMIC）原理解析
2019-08-15 来源：EEWORLD
摘要：电源管理集成电路（PMIC）稳压器具有可配置性、可编程性、高集成度和高效率的特点；精确的上下电时序、低压差、同步升降压可确保优化功耗，为汽车和工业提供可扩展的、安全且灵活的解决方案。
FS84 / FS85是汽车功能安全多输出电源集成电路，适用于雷达、视觉、ADAS域控制器、无线电和信息娱乐应用。它包括多个开关模式和线性稳压器，提供外部频率同步输入和输出，以优化系统EMC性能。
其具有故障安全输出的功能安全特征，涵盖ASIL B和ASIL D安全完整性级别，开发符合ISO 26262标准。它有两个状态机，如下图所示：
主状态机：电源，待机模式和唤醒源的管理；
故障安全状态机：电源管理监视，MCU监视和外部IC监视。
图 1 FS84/85功能框图
从表中可以看出ASIL B和ASIL D的区别，下面针对您想了解的各个功能安全特性做介绍。
1、 PGOOD, RSTB, FS0B
这三个安全输出引脚分层实现，以保证安全状态：
PGOOD：优先级为1，如果PGOOD置位，则RSTB和FS0B都被置位；
RSTB：优先级为2，如果RSTB被置位，则FS0B被置位但PGOOD可能不被置位；
FS0B：优先级为3，如果FS0B有效，则可能不会置位RSTB和PGOOD。
RSTB的释放由故障安全状态机去管理，并且依赖于PGOOD释放和ABIST1执行。由OTP时配置分配给PGOOD和ABIST1的电压监视确定什么时候去释放RSTB。
2、电压监控器
电压监控器负责VCOREMON、VDDIO和VMONx引脚的过压和欠压监控。当这些引脚之一监视的FS84 / FS85稳压器发生过压时，相关的FS84 / FS85稳压器将关闭，直到故障消除。
3、看门狗
ASIL B和ASIL D分别对应Simple 和Challenger看门狗监视器。
Challenger 看门狗基于MCU的question/answer流程。在FS85中通过LFSR（Linear Feedback Shift Register）实现生成16位伪随机字。MCU可以使用FS85生成的LFSR，并执行预定义的计算。在看门狗打开窗口期间通过SPI/I²C发送，并由FS85验证结果。当结果正确时，将重新启动看门狗程序窗口并生成新的LFSR；当结果错误时，看门狗错误计数器递增，看门狗窗口重新启动并且LFSR值不会改变。
当看门狗错误计数器达到其最大值时，在INIT_FS阶段使用WD_FS_IMPACT [1：0]位进行配置的RSTB/FS0B会进行故障安全响应。
Simple看门狗是简缩版，这里不再赘述。
4、FCCU监控
通过OTP_FCCU_EN位启用FCCU监视功能。FCCU引脚负责监控MCU的硬件故障。FCCU引脚可以通过成对或单个独立输入进行配置。一旦INIT_FS被第一个正常的看门狗刷新关闭，FCCU监控就会激活。
5、MCU故障恢复策略
OTP_FLT_RECOVERY_EN位启用故障恢复策略功能。此功能扩展了窗口看门狗，允许MCU执行故障恢复策略。目的是在故障事件发生后尝试恢复应用程序时不重置MCU。当MCU通过其FCCU引脚触发故障时，FS0B引脚被器件置位。
当FCCU引脚指示错误并且FS0B有效时，会发生从WDW_PERIOD到WDW_RECOVERY的转换。如果MCU在WDW_RECOVERY持续时间结束之前发送了正常看门狗刷新，如果FCCU引脚不再指示错误，则器件将切换回WDW_PERIOD持续时间和相关的占空比。否则，将启动新的WDW_RECOVERY周期。如果MCU在WDW_RECOVERY持续时间结束之前未发送正常的看门狗刷新，则会生成复位脉冲，故障安全状态机将返回INIT_FS。
图 2 MCU故障恢复策略
6、外部IC监控（ERRMON）
外部IC监视功能由OTP_ERRMON_EN位使能。ERRMON引脚负责监控应用中的外部IC，既不是FS85，也不是MCU。一旦INIT_FS被第一个正常看门狗刷新关闭，ERRMON监控就会激活。在INIT_FS阶段，ERRMON故障信号的极性可通过ERRMON_FLT_POL位进行配置。
7、逻辑BIST（Built-in self-test）
故障安全状态机包括逻辑内置自检（LBIST），以验证安全逻辑监控的正确功能。LBIST在每次POR之后执行，或者每次从待机状态唤醒之后执行。如果LBIST发生故障，RSTB和PGOOD将被释放，但FS0B仍然保持低电平且无法释放。标志LBIST_OK可通过SPI/I²C进行MCU诊断。
8、模拟BIST（Built-in self-test）
故障安全状态机包括两个模拟内置自检（ABIST），用于验证安全模拟监控的正确功能。每次POR后或每次从待机状态唤醒后自动执行ABIST1。在ABIST1期间检查哪个调节器由OTP完成。
在INIT_FS阶段之后，ABIST2由SPI/I²C和Vxxx_ABIST2位执行。如果ABIST发生故障，RSTB和PGOOD将被释放，但FS0B仍然保持低电平且无法释放。标志ABIST1_OK和ABIST2_OK可通过SPI/I²C进行MCU诊断。
史海拾趣
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