隨著汽車電子智能化程度的不斷提高，智能駕駛（ADAS）、智能座艙、中央網關以及域控制器等產品越來越普及，相應地對功能安全的需要也逐步提高。

電源管理芯片作為汽車電子系統中的核心器件，其性能直接影響到整個系統的性能和穩(wěn)定性。

博世推出的PMIC芯片—— CS600，就能很好地滿足了功能安全合規(guī)性的應用需求。CS600可為系統提供完整的電源解決方案，包括μC、SoC以及相關外設的供電。

如圖1 CS600 結構框圖所示，它除了具有豐富的電源資源外，還配置了GPIO，ADC以及SPI等輔助單元，實現了獨立又多樣的監(jiān)控保護，為產品的高功能安全等級提供了保障。

圖1 CS600結構框圖

博世PMIC CS600的主要特性如下

? 1x同步5V初級Buck變換器 (SR5)

? 1x 外接FET預升壓/升壓變換器 (SRP)

? 寬輸入電壓范圍：3.2V – 36V

? 4x集成半橋FET的可編程降壓變換器 (SMPS)

? 4x 可編程 LDO線性穩(wěn)壓器

? 2x 降壓變換器，內帶3個雙柵極驅動器 (DGD SMPS) ，支持多相組合/可編程

? 所有電源軌具有單獨可編程的上/下電時序

? 具有SPI通訊接口

? 寬工作結溫范圍：-40°C 至 150°C

? AEC-Q100 1 級汽車認證，支持構建ASIL-D的系統

? OTP 存儲器，存儲用戶配置

? 采用雙排 QFN-96 封裝，尺寸縮小至10x10mm2

從PMIC的特性可以看出，CS600 提供了多至11路的電源軌道，輸出總功率達到35W。CS600采用的是可編程可配置的系統構架，開放給用戶非常多的設置空間，包括電源軌的選用、輸出電壓的設置，電源軌的時序、ADC、GPIO以及錯誤管理器的設置等，使得對CS600的功能使用有很大空間和靈活性。

以下按照具體功能單元進行介紹：

電源軌道資源

1. 預變換器

?  降壓變換器 SR5

寬輸入電壓范圍：5.5V – 36V，典型輸出電壓為5.0V，最大允許負載電流為7A。用于為ECU或SoC中的5V負載供電，以及為內部SMPS、LDO和DGD單元提供輸入電源。SR5典型開關頻率為480kHz或通過設置寄存器擴頻，具有短路保護和軟啟動功能。

?  預升壓/升壓變換器 SRP

當VBat過低時，SRP可作為預升壓變換器使用，抬高輸入電壓后再輸出給SR5使用。即擴展PMIC的輸入電壓范圍。SRP也單獨作為升壓轉化器使用，由SR5 5V或VSUP/VBat供電，輸出6V至12V。SRP典型開關頻率也為480kHz，同時具有過流保護和軟啟動功能。

2.電源軌

?  電源軌的通用特性

(1)  輸出電壓Vout可編程，包含兩個量程和步長，以提高相對精度。

Vout = 1.64V – 3.825V @ 7.5mV step

Vout = 0.7V – 1.64V @ 3.2mV step

(2)  每路電源都支持軟啟動

(3)  所有集成輸出級（LDOx / SMPSx）均具有短路保護

(4)  所有電源軌具有單獨可編程的上/下電時序

(5)  電源軌之間可編程相移

(6)  可編程補償網絡與電流限制參數

?  4路 半橋降壓變換器 (SMPS)

SMPS1, 2 輸出電流 <= 1A，SMPS3, 4 輸出電流 <= 2A，Fswitching~1.9MHz

?  4路 線性穩(wěn)壓器 (LDO)

LDOx 輸出電流 300mA (Peak: 500mA) 

?  2路 降壓變換器 (DGD SMPS)

如圖2所示，DGD 降壓變換器由3個雙柵極驅動器DGD1、DGD2、DGD3以及兩路變換器DGDR1和DGDR3組成。

圖 2 DGD 降壓變換器結構框圖

其中DGDR1可以配置為單相、雙相或三相輸出模式。三相最大輸出電流可達15A（每相5A）。具體輸出配置組合見下表1。

表1 DGD 降壓變換器驅動配置表

電軌時序配置

以預定的順序控制電軌上下電可以防止意外供電，避免浪涌沖擊，功率尖峰等傷害μC、SoC的意外情況發(fā)生。CS600 能夠對所有電源軌的行為進行時序配置。

圖3 時序圖中VREG時序器的處理過程

一個完整的時序可由多至15個片段組成。Voltage Regulator Sequencer（VREG 時序器）將從第一個片段開始處理，按順序依次完成整個序列，如圖3所示。

每個片段可以開啟或關閉任何一路或多路電軌，或控制某路GPOx輸出。VREG 時序器在處理下一個片段之前，會等待設定的觸發(fā)條件的滿足，如PWGood信號，一段設定的時間，或GPIx觸發(fā)的高電平。

當所有條件滿足時，則該段進入評估狀態(tài)，檢查處理過程是否超時。如觸發(fā)條件均滿足且不超時，則評估為通過進入到下一片段。如有超時則評估失敗，并報告錯誤管理器。

表2 時序片段中具體行為的設定參數

輔助資源

1. GPIO

CS600 有7個可配置的通用I/O引腳。除了默認的輸入和輸出功能以外，還可以配置成其他的復用功能。

2.12-bit ADC

CS600設有4路用于外部測量的ADC通道ADC_CH1…ADC_CH4。其中ADC_CH4能夠通過外部多路復用器再擴展出4路通道，由GPIO引腳進行通道選擇，結構如圖4所示。而內部的ADC則主要負責對電源軌的輸出電壓監(jiān)測，2個片上溫度傳感器和VBat的測量。

圖4 ADC 擴展通路結構圖

功能安全策略

功能安全的目的是為了保障系統始終工作在安全、正常的狀態(tài)下。為了實現這個目標CS600采用了非常嚴苛的安全保護策略，與相關的獨立監(jiān)測單元，以實現芯片與系統的高安全等級。目前該PMIC可構建功能安全等級ASIL-D的系統。

1. 電軌監(jiān)控

?  CS600 具有獨立的電壓監(jiān)控功能，監(jiān)控所有電源軌（SRP / SR5 / SMPSx / DGDx / LDOx）的過壓OV或欠壓UV狀態(tài)。

?  為每一路電軌（SRP / SR5 / SMPSx / DGDx / LDOx）設計了過流保護電路。

?  在SMPSx /LDOx電軌內還增加了溫度監(jiān)測單元，當溫度超過閾值時，將關閉該變換器以防止高溫造成的芯片損壞。

?  在時序處理過程中，對每個片段進行超時監(jiān)控，如發(fā)生超時則報告錯誤并停止序列，以防止不正常的軌道上電行為。

2. 確認系統SoC 或 MCU 的正確行為

?  CS600 采用 “質詢-響應” 看門狗，當發(fā)出請求后，SoC 或μC必須在定義的時間窗口內獲取并正確響應請求?？撮T狗檢查是否在定義的時間窗口內收到響應以及響應的值是否正確。

?  SPI物理數據傳輸通過兩種方式保護：循環(huán)冗余校驗 (CRC), 傳輸過程對時鐘邊沿計數。

3. 錯誤管理與處理

錯誤管理單元的任務是評估監(jiān)控信號，存儲錯誤信息并觸發(fā)錯誤處理響應。錯誤管理單元分為錯誤評估、錯誤報告和錯誤處理3個階段，如圖5所示。

圖5 錯誤管理單元結構圖

針對每個錯誤的處理響應都是單獨定義的。一般可通過激活NSTPx Pin 或 NRESET Pin 以及更改系統狀態(tài)來實現。其中NSTPx 是CS600 專門提供的兩個開漏安全引腳 NSTP0 和 NSTP1，由系統安全單元控制。

4. 其他

CS600包含兩個獨立的溫度傳感器。如監(jiān)測溫度連續(xù)超過閾值，將實行關機處理。

電源管理芯片作為汽車電子系統中的核心器件，CS600 在滿足電軌資源、電流能力的基礎上，能夠靈活配置，為用戶的汽車電子系統提供更高功能安全等級的保障。

CS600是現在以及將來，μC、SoC系統供電解決方案的一種很好的選擇。