新品 | 带看门狗及电池电压监测功能的车规级LDO (LN22043Q1)

随着汽车电子智能化、网联化的高速发展以及车身电子电气架构的升级, 汽车电子产品也有了新的应用需求, 比如车里会有更多的传感类与执行类小模块产品, 此类产品要求系统尺寸小, 静态电流低；同时也有越来越多的产品提出功能安全需求。这些新的系统需求也对供电电源提出了新的要求, LN22043Q1是瓴芯推出的新一代车规级LDO, 既继承了瓴芯前一代LDO产品LN20X42Q1、LN20X45Q1的宽电压输入、低静态电流、高PSRR等技术优势, 又集成了窗口型看门狗, 电池电压监测, 输出过压、欠压监测等功能以协助客户实现产品小型化及系统级别功能安全设计。

典型应用图

LN22043Q1系列芯片是一款集成窗口型看门狗, 电池电压监测, 输出过压、欠压监测的高性能LDO, 芯片尺寸仅为3*3mm, 具有高集成性, 低静态电流等优点, 专为汽车电子客户量身定制, 可以提供客户功能安全分析所需的文档资料。该产品可以广泛应用于换挡器、方向盘离手检测、车灯控制器、网关、传感器模块、电机模块等诸多应用场景。

LN22043Q1是一款低静态电流的线性稳压器, 集成看门狗复位功能和电池电压监控功能。该系列产品提供3.3V/5V的固定输出, 能提供最高300mA的负载电流。关断电流1.5uA, 运行静态工作电流16uA。带有可调延迟的电源标志位管脚 (RESET), 该引脚同时复用为看门狗超时复位WDO的输出管脚, 芯片还带有电池电压反馈输出管脚 (SO) 。该系列产品的主要特点如下: 

• 通过AEC-Q100 Grade 1 验证

• 宽输入电压范围: 3V~40V

• 宽输出电容容值/ESR范围

• 高电源抑制比60dB@100Hz

• 精准的EN电压控制

• 可调时间的窗口看门狗复位

• 最小外围电路的电池电压监控

• 低压差: 300mV@300mA

• 输出过/欠压保护

• 过流保护

• 过温关断及自动恢复

• 内部软启动

• 工作结温范围: -40℃ - 150℃

系统功能框图

LN22043Q1系列芯片内部集成了看门狗复位电路, 可用于实时监控MCU的运行状态, 并在MCU程序发生异常时对其进行复位, 确保系统正常运行。

LN22043Q1的看门狗具备独立的WEN使能引脚,  WEN为高电平时看门狗复位功能启动, WEN为低电平时看门狗复位功能关闭。该引脚功能可以给客户软件debug, 产线程序烧写, 上电程序初始化提供灵活性。

LN22043Q1采用窗口看门狗模式, 打开窗口 (Open Window) 与关闭窗口 (Closed Window) 比例为3:1, 喂狗周期可以通过DELAY管脚上的电容进行灵活配置。相较于标准看门狗只能监测喂狗周期超时的单一故障状态, 窗口看门狗设置了喂狗信号的上下限, 既能监测喂狗信号超时故障, 又能监测喂狗信号因为程序故障、频率异常导致的喂狗信号提前的故障。也正因如此, 功能安全ISO26262规范定义窗口看门狗的诊断覆盖率为90%, 而标准看门狗的诊断覆盖率只有60%。LN22043Q1的窗口看门狗工作模式可以有效提升PMHF、SPFM与LFM指标, 帮助客户系统实现系统级别功能安全。

下图所示两次reset信号, 分别是对应喂狗信号超时与喂狗信号提前的故障状态:

看门狗电路工作波形

LN22043Q1系列芯片具有电池电压监控功能, 内部集成一个电压开关电路和专门的使能管脚 (BEN) , 通过最小外围电路实现电压监控功能且不牺牲整个系统的待机功耗。

当整机处于运行状态下, 系统需要获取电池电压信息来进行工作模式的调整。通常系统会对电池电压经电阻分压后送ADC进行周期性轮询采样来获取具体电压信息, 但是当系统出现快速电压跌落情况下, ADC轮询采样方式往往不能及时获取故障状态。因此, LN22043Q1内部集成欠压监测比较器, 欠压门限值通过SI Pin外接电阻灵活配置, 当SI Pin感知的电压低于内部基准电压值时, SO pin会立即拉低给MCU提供中断信号进行欠压故障状态的记录与处理。

在整机处于休眠状态下, 系统关注静态电流指标。若上述分压电阻直接接在KL30常电总线上, 则会带来静态电流损耗, 因此传统设计往往需要外加一些三极管分离电路来切换分压电阻以节省静态电流。为简化该应用电路, LN22043Q1内部集成了高压MOS开关, 并提供专门的BEN pin。系统休眠状态下, 拉低BEN Pin, 可以直接切断电阻电压, 则KL30总线上不存在额外的静态电流损耗。该方案可以有效简化系统BOM, 节省PCB空间。

电池电压监测功能

LN22043Q1系列芯片的静态工作电流 (I_q) 为16uA；关断电流 (I_SHDN) 为1.5uA, 可以显著延长电池待机时间, 特别适用于从电池常电 (KL30) 取电的各类应用。下图为LN220433Q1的I_q和I_SHDN曲线。

• 更高可靠性的过流保护功能

LN22043Q1系列芯片集成了短路保护和过温保护功能, 可以在全部输入电压和温度范围内提供高可靠性的保护, 确保芯片应对车规应用的复杂工况下不受损坏。

• 更宽的输出电容环路稳定范围

稳定区域

• 更强大的输出电压监测功能

瓴芯拥有完善的功能安全开发体系, 并已取得TUV认证的ASIL-D等级的功能安全开发体系证书。目前瓴芯从功能角度将产品分为三类, 已经稳定量产的通用型DCDC/LDO产品 (比如LN20X42Q1/LN20X45Q1等) 为Functional Safety Supported器件, 均可以提供FIT/FMD文件；新品LN22043Q1为Functional Safety Ready器件, 由于加入了看门狗及电压监测等安全机制, 可以提供额外的资料来支持客户的功能安全分析需求。