探索FS2400：汽車安全系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片的卓越之選

在當(dāng)今汽車電子領(lǐng)域，安全與性能的要求日益嚴(yán)苛。汽車安全系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC）作為關(guān)鍵組件，對于保障汽車電子系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。今天，我們就來深入了解一下NXP推出的FS2400系列汽車安全系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片。

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一、FS2400概述

FS2400是一系列具有多個(gè)電源的汽車安全系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC）設(shè)備。它專為支持使用超寬帶（UWB）、近場通信（NFC）和低功耗藍(lán)牙（BLE）設(shè)備的安全汽車訪問應(yīng)用而設(shè)計(jì)。同時(shí)，它也能很好地適配其他需要低功耗和CAN FD通信的小型應(yīng)用。

這個(gè)系列的設(shè)備支持廣泛的應(yīng)用，提供了多種輸出電壓設(shè)置、物理接口和集成的系統(tǒng)級特性，能夠滿足低功耗和對噪聲敏感的應(yīng)用需求，其汽車安全完整性等級（ASIL）最高可達(dá)ASIL B。此外，F(xiàn)S2400集成了與電池連接的開關(guān)模式調(diào)節(jié)器（V1）和線性調(diào)節(jié)器（V3），可為微控制器、通信設(shè)備等供電。V1提供了高性能的開關(guān)調(diào)節(jié)器，能夠在脈沖頻率調(diào)制（PFM）模式和強(qiáng)制脈沖寬度調(diào)制（FPWM）模式下運(yùn)行，并且可以通過喚醒引腳改變工作模式以優(yōu)化噪聲管理。

值得一提的是，F(xiàn)S2400是按照ISO 26262:2018標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的，具備增強(qiáng)的安全特性和故障安全輸出，成為了一個(gè)完整的面向安全的系統(tǒng)的一部分，覆蓋了ASIL B安全完整性等級。它采用了5mm x 5mm、32引腳的HVQFN封裝，引腳具有可焊側(cè)翼。

二、FS2400的特性與優(yōu)勢

（一）工作范圍

• 高電壓輸入能力：最大輸入電壓可達(dá)40V DC，能夠適應(yīng)汽車電氣系統(tǒng)中復(fù)雜的電壓環(huán)境。
• 低功耗模式：具備低功耗關(guān)斷模式，睡眠電流低，并且有多個(gè)喚醒源；還有低功耗開啟模式，此時(shí)HVBUCK（V1）處于激活狀態(tài)，HVLDO（V3）可通過OTP選擇，同樣有多個(gè)喚醒源。這種靈活的低功耗模式設(shè)計(jì)，對于需要長時(shí)間待機(jī)的汽車電子設(shè)備來說非常重要，能有效降低能耗。

（二）電源供應(yīng)

• V1：高壓同步降壓轉(zhuǎn)換器，集成了FET。輸出電壓可在1.9V至5V之間配置，開關(guān)頻率也可配置，輸出直流電流能力最高可達(dá)400mA，并且在低功耗開啟模式下可采用PFM模式運(yùn)行。這種高靈活性的電源設(shè)計(jì)，能夠滿足不同設(shè)備對電源電壓和電流的需求。
• V3：高壓LDO穩(wěn)壓器，用于支持微控制器的I/O，輸出電壓可在3.3V或5V之間選擇，電流能力最高可達(dá)150mA。

（三）系統(tǒng)支持

• 通信能力：支持一個(gè)CAN FD接口，通信速率最高可達(dá)5Mbps，遵循ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足汽車內(nèi)部高速通信的需求。
• 喚醒輸入：有四個(gè)喚醒輸入（40V耐壓），包括WAKEx引腳、HVIO1引腳、CAN FD或SPI命令，方便系統(tǒng)在不同狀態(tài)下進(jìn)行喚醒操作。
• 硬件ID檢測：具備硬件ID檢測能力，有助于系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行識別和管理。
• 高電壓I/O：有一個(gè)具有喚醒能力的高電壓I/O（40V耐壓），即HVIO1，可用于連接外部高壓設(shè)備。
• 設(shè)備控制：通過32位SPI接口進(jìn)行設(shè)備控制，并帶有CRC校驗(yàn)，保證了通信的可靠性。
• 定時(shí)器：集成了長持續(xù)時(shí)間定時(shí)器（LDT），可用于系統(tǒng)關(guān)機(jī)和喚醒控制，可編程時(shí)間最長可達(dá)194天，為系統(tǒng)的定時(shí)操作提供了便利。
• 模擬多路復(fù)用器：12通道模擬多路復(fù)用器（AMUX），可用于系統(tǒng)監(jiān)控，如溫度、電池電壓、內(nèi)部電壓等，方便工程師對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

（四）功能安全

• 標(biāo)準(zhǔn)遵循：按照ISO 26262:2018標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)，適用于ASIL B應(yīng)用，為汽車安全系統(tǒng)提供了可靠的保障。
• 內(nèi)部監(jiān)測：內(nèi)部監(jiān)測電路有自己的參考，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)。
• 外部電壓監(jiān)測：有額外的輸入用于外部電壓監(jiān)測，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。
• 看門狗功能：具備窗口或超時(shí)看門狗功能，可監(jiān)測MCU軟件故障，防止軟件出現(xiàn)異常導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。
• 自測試：可按需進(jìn)行模擬內(nèi)置自測試（ABIST），及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的潛在問題。
• 安全輸出和輸入：有安全輸出（RSTB、LIMP0）和安全輸入（ERRMON），用于監(jiān)測外部IC狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。

（五）配置與啟用

• 封裝：采用HVQFN32EP封裝，32引腳，帶有外露焊盤，可優(yōu)化熱管理，引腳具有可焊側(cè)翼，尺寸為5mm x 5mm x 0.85mm，引腳間距為0.5mm。
• 定制化：可通過一次性可編程（OTP）熔絲存儲器進(jìn)行永久設(shè)備定制，還有OTP仿真模式，方便系統(tǒng)開發(fā)和評估。

三、訂購信息

（一）部件編號定義

文檔中給出了FS24部件編號的構(gòu)建方式，不同的編號代表了不同的功能配置。這有助于工程師根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的產(chǎn)品。

（二）部件編號列表

同時(shí)，還列出了可訂購的部件編號及其描述和封裝信息，方便工程師進(jìn)行采購。

四、框圖分析

（一）功能框圖

文檔中給出了FS2400的功能框圖，從圖中我們可以清晰地看到各個(gè)功能模塊之間的連接關(guān)系和信號流向。這有助于工程師在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，更好地理解芯片的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)行合理的布局和布線。

（二）內(nèi)部框圖

內(nèi)部框圖進(jìn)一步展示了FS2400的詳細(xì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括電源模塊、通信模塊、控制模塊等。通過分析內(nèi)部框圖，工程師可以深入了解芯片的各個(gè)功能單元的工作方式，為系統(tǒng)的優(yōu)化和調(diào)試提供依據(jù)。

（三）簡化應(yīng)用框圖

文檔中還給出了針對UWB和UWB + BLE的簡化應(yīng)用框圖，直觀地展示了FS2400在實(shí)際應(yīng)用中的連接方式和工作場景。這對于工程師快速搭建應(yīng)用系統(tǒng)具有很大的幫助。

五、限制值

文檔中詳細(xì)列出了FS2400的各種限制值，包括不同引腳的電壓范圍等。這些限制值是保證芯片正常工作的重要參數(shù)，工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)必須嚴(yán)格遵守這些限制，否則可能會導(dǎo)致芯片出現(xiàn)故障甚至永久性損壞。例如，不同引腳的電壓最小值和最大值都有明確的規(guī)定，如WAKE2/HID0、WAKE3/HID1、LIMPO、HVIO1等全局引腳的電壓范圍為 -0.3V至40V。

六、封裝外形

FS24采用了QFN封裝，具有熱增強(qiáng)特性，引腳有可焊側(cè)翼，尺寸為5mm x 5mm x 0.85mm，引腳間距為0.5mm。文檔中還給出了封裝的頂視圖、底視圖、詳細(xì)視圖、焊盤開口圖案、可焊區(qū)域和焊膏模板等信息。這些信息對于PCB設(shè)計(jì)和芯片的焊接非常重要，工程師需要根據(jù)這些信息進(jìn)行合理的PCB布局和焊接工藝設(shè)計(jì)，以確保芯片能夠穩(wěn)定可靠地工作。

七、總結(jié)

FS2400系列汽車安全系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片以其豐富的功能、出色的性能和高安全性，為汽車電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。它的多電源設(shè)計(jì)、廣泛的應(yīng)用支持、強(qiáng)大的功能安全特性以及靈活的配置方式，使其能夠滿足不同汽車電子應(yīng)用的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求，合理選擇部件編號、設(shè)計(jì)電路，并嚴(yán)格遵守芯片的限制值和封裝要求，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用FS2400進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。