MPQ电源方案
1.MPQ79500简介
MPQ79500是一款专为汽车安全应用设计的 6 通道电压监测器,每个通道都可以配置OV/UV检测,集成内置自检 (BIST) 等安全机制,诊断以及写保护来实现ASILD的应用要求。
2.MPQ79700简介
MPQ79700是一款 12 通道功能安全电源定序器,提供可配置性与灵活性,能够支持不同应用与片上系统 (SoC) 的跨代设计复用,集成内置自检 (BIST) 等安全机制,以实现高诊断覆盖率,使系统达到目标 ASIL 等级。
MPQ79500介绍
1.79500概述
简述
- MPQ79500FS是一个6通道电压监测器设计的汽车安全应用。每个电压监测器输入有可编程的过压和欠压(OV/UV)阈值,高准确度的高频(HF)和低频(LF)组件。两个输入是差分远程电压传感输入对。
- MPQ79500FS可以记录功率排序时间戳和订单。同时具有同步I/O功能,可实现多设备序列同步和标记。设备可以通过I2C接口访问。
- 通过集成复杂的功能安全功能,包括内置自测试(BIST),诊断和写入保护,这一ASIL认证的设备的目标是支持具有高汽车安全完整性水平,达到ASIL-D的应用程序。
特性:
硬件管脚
2.79500监测电压
1)高/低频电压电平监控
MPQ79500FS监控多达六个电压通道,四个单端通道和两个差分通道。在每个输入通道上用户可以选择两种不同的显示器刻度(VRANGE_MULT),定义输入电压范围在0.2V-1.475V或0.8V-5.5V。提供以下电压水平监控功能:
- 实时监测的低频电压电平用VIN_LVL [N]记录,可通过I2C读取。
- 通过在OV/UV_DEB[3:0]中设置振荡时间,检测并报告100ns以下的过压和欠压违规高频监测故障。
- 检测和报告低频电压漂移的过压和欠压违规(从直流到大约1 kHz,可配置)
- ON/OFF/Entry Sleep/Exit Sleep power sequences检测和记录下来。
2)电压监测架构
- 高频路径监测电压信号到100ns脉冲宽度。它用于检测电压信号是否违反OV_HF [N]和UV_HF [N]寄存器中定义的OV和UV阈值。
- 设计了一个8位ADC来支持低频路径功能。低频路径用于:
(a)监测长期的电压漂移和错误的电压设置,并在FC_LF[N]寄存器设置的带宽内检测OV和UV阈值(OV_LF[N]和UV_LF[N]寄存器)的违反。
(b)测量并记录到主机的实时电压轨电平(VIN_LVL [N])。
(c)时间戳(具有tSEQ_LSB分辨率)ON/OFF/Entry Sleep/Exit Sleep power序列,当监控电压跨越UV_LF[N]/OFF阈值时(取决于SEQ_UP_THLD。OFF_UV[N]寄存器设置)。
3. 支持多达2个差分输入通道大电流应用和4个普通输入通道。
3)电压值计算
通过ADC寄存器获取数值
电压的缩放设置
使用ADC寄存器数值 * 缩放比 = 电压(mv)
缩放设置为1x时,8位值表示范围为0.2-1.475V,1 lsb = 5 mv,数值 * 5 = 电压(mv)。
缩放设置为4x时,8位值表示0.8-5.9V的范围,1 lsb = 20 mv,数值 * 20 = 电压(mv)。
3.79500监控上下电时序
1)79500状态机
序列监控:ON
除了电压监测,MPQ79500FS还监测状态变化期间的电压轨序列。
在以下情况下激活:
- ACT/SHDN transitions 0→1
- Host sets SEQ_REC_CTL.REC_START=1 while SEQ_REC_CTL.SEQ=0x00b.
当序列监控:ON时,启动MPQ79500FS执行以下操作:
(a)同步计数器复位为0,用于新的功率序列记录。
(b) REC_ACTIVE位设置为1,表示开始序列记录。
(c) SEQ_REC_STAT。SEQ[1:0]比特位设置为当前序列,例如00b。
(d) 如果启用了序列覆盖位(EN_SEQ_OW=1),序列日志寄存器(SEQ_ON_LOG [N])将被新的序列覆盖。如果SEQ_ON_RDY =1,序列覆盖标志(SEQ_ON_OW)将设置为1,表明序列已经被覆盖。另一方面,如果SEQ_ON_RDY=0,那么在覆盖之后,SEQ_ON_RDY将变为1,表示主机还没有读取寄存器中的数据。
(e) 如果启用了时间戳覆盖位(EN_TS_OW=1),时间戳日志寄存器(SEQ_TIME_xSB [N])将被新的时间戳覆盖。如果TS_RDY=1,则时间戳覆盖标志(TS_OW)将设置为1,表明时间戳已被覆盖。另一方面,如果TS_RDY=0,那么在覆盖之后,TS_RDY将变为1,表示主机还没有读取寄存器中的数据。
(f) 如果序列覆盖位被禁用(EN_SEQ_OW=0),并且主机还没有读取数据(SEQ_ON_RDY=1),数据将不会写入寄存器,序列覆盖标志(SEQ_ON_OW)将设置为1,表示数据无法写入。如果SEQ_ON_RDY=0,那么在覆盖之后,SEQ_ON_RDY将变为1,表示主机还没有读取寄存器中的数据。
(g) 如果时间戳覆盖位被禁用(EN_TS_OW=0),并且主机还没有读取数据(TS_RDY=1),数据将不会写入寄存器,时间戳覆盖标志(TS_OW)将设置为1,表示数据无法被写入。如果TS_RDY=0,那么在覆盖之后,TS_RDY将变为1,表示主机还没有读取寄存器中的数据。
(h) 内部序列定时器重新启动。
序列监控:Sleep Entry
MPQ79500FS执行顺序监控:睡眠进入当设备进入睡眠监控状态时,预计一些电压轨应该关闭,系统将切换到低功耗模式。
上述条件将触发睡眠进入序列:
- ACT/SLP transitions 1→0 while ACT/SHDN=1;
2. Host sets SEQ_REC_CTL.REC_START=1 while SEQ_REC_CTL.SEQ=0x11b.
Sleep Entry监控睡眠轨关闭电源顺序。当睡眠项开始时,MPQ79500FS执行以下操作:
(a) 同步计数器复位为0,用于新的功率序列记录。
(b) REC_ACTIVE位设置为1,表示开始序列记录。
(c) SEQ_REC_STAT。SEQ [1:0] bits设置为11b,表示当前记录序列。
(d) 如果序列覆盖位启用(EN_SEQ_OW=1),序列日志寄存器(SEQ_ENS_LOG [N])将被新的序列覆盖。如果SEQ_ENS_RDY =1,序列覆盖标志(SEQ_ENS_OW)将设置为1,表明序列已经被覆盖。另一方面,如果SEQ_ENS_RDY=0,那么在覆盖之后,SEQ_ENS_RDY将变为1,表示主机还没有读取寄存器中的数据。
序列监控:Sleep Exit
当MPQ79500FS从休眠状态返回到活动状态时,发生此序列传输。
主机可以执行以下操作来退出睡眠状态:
- ACT/SLP transitions 0→1 while ACT/SHDN=1;
2. Host sets SEQ_REC_CTL.REC_START=1 while SEQ_REC_CTL.SEQ=0x10b.
睡眠通道的打开顺序将在睡眠退出时被监控。当休眠退出开始时,MPQ79500FS执行以下操作。
(a)同步计数器复位为0,用于新的功率序列记录。
(b) REC_ACTIVE位设置为1,表示开始序列记录。
(c) SEQ_REC_STAT。SEQ [1:0] bits设置为10b,表示当前记录序列。
(d)如果序列覆盖位启用(EN_SEQ_OW=1),序列日志寄存器(SEQ_EXS_LOG [N])将被新的序列覆盖。如果SEQ_EXS_RDY=1,序列覆盖标志(SEQ_EXS_OW)将设置为1,表明序列已经被覆盖。另一方面,如果SEQ_EXS_RDY=0,那么在覆盖之后,SEQ_EXS_RDY将变为1,表示主机还没有读取寄存器中的数据。
序列监控:OFF
当系统关闭时,当序列监控:OFF发生时,MPQ79500FS从活动/睡眠状态传输回空闲状态。与其他序列不同,TEST_CFG的一个额外决策。超时时间到期时,取AT_SHDN寄存器位,决定设备是执行BIST还是直接进入IDLE状态。
要激活序列监控:关闭执行以下步骤:
- ACT/SHDN transitions 1→0;
- Host sets SEQ_REC_CTL.REC_START=1 while SEQ_REC_CTL.SEQ=0x01b.
当序列监控:OFF启动时,MPQ79500FS执行以下操作:
(a)同步计数器复位为0,用于新的功率序列记录。
(b) REC_ACTIVE位设置为1,表示开始序列记录。
(c) SEQ_REC_STAT。SEQ [1:0] bits设置为01b,表示当前记录序列。
(d)如果序列覆盖位启用(EN_SEQ_OW=1),序列日志寄存器(SEQ_OFF_LOG [N])将被新的序列覆盖。如果SEQ_OFF_RDY=1,序列覆盖标志(SEQ_OFF_OW)将设置为1,表明序列已经被覆盖。另一方面,如果SEQ_OFF_RDY=0,那么在覆盖之后,SEQ_OFF_RDY将变为1,表示寄存器中还有数据尚未被主机读取。
状态机配置对应寄存器如下:
2)记录数据处理
如果SEQ_xxx_LOG [N]和SEQ_TIME_xSB [N]寄存器中存储了序列/时间戳信息,主机还没有读取,但仍然需要用新的序列/时间戳信息覆盖。例如,如果检测到序列失配错误,主机已经重新启动了相应的序列,那么应该忽略之前的序列信息,用新的序列覆盖寄存器。
下列寄存器用于控制MPQ79500FS中序列数据记录的处理:
SEQ_REC_STAT:序列记录状态寄存器。它包括标志(TS_RDY和SEQ_xxx_RDY),表示被记录的序列和每组记录数据的数据可用性。
SEQ_OW_STAT:这是序列记录覆盖状态寄存器。它包括标志(TS_OW和SEQ_xxx_OW),表示序列数据组何时被覆盖或不能写入新数据,具体取决于VMON_MISC中的覆盖启用配置。
VMON_MISC.EN_TS_OW:该寄存器位用于允许覆盖时间戳记录。
VMON_MISC.EN_SEQ_OW:该寄存器位用于允许覆盖序列顺序记录。
SEQ_REC_CTL:顺序控制寄存器。它包含了比特位(TS_ACK和SEQ_xxx_ACK),用于开始记录序列,表示确认状态,并允许覆盖时间戳和/或序列记录的数据。
3)多MPQ79500FS序列监控
MPQ79500FS通过集成几个MPQ79500FS设备,为附加超过6个电压轨的应用程序提供了灵活性。为了同步不同设备上供应轨的激活/停用序列监控,MPQ79500FS具有SYNC引脚。
在这个时序图中,有一些关于信号的注意事项:
- 3个MPQ79500FS设备A、B和C,如图所示。
- MPQ79500FS_x(x=A, B或C)监控的供电轨显示为VIN 1/2x
- 内部时钟为1Mhz,用于同步外部异步域到内部同步域的信号。请注意,该1MHz时钟仅用于澄清时间图,它并不表示MPQ79500FS的实际内部时钟。
- 关于SYNC引脚的功能,在所有详细视图中,不同设备的时钟特意断开相位,并略有不同的周期。
4.79500寄存器
Bank0:寄存器负责检测
中断信息寄存器:检测异常NIRQ脚为低电平,读取一下寄存器查询故障。
六个通道检测的电压
六通道上下电时序信息寄存器
Bank1:寄存器负责配置
控制寄存器
配置通道寄存器
配置期望上下电时序
79500参考设计
单个79500电路设计
三路79500电路设计
由于79700为12路输出控制,会配置多个79500进行配套使用
MPQ79700介绍
1.79700概述
2.79700功能框图
1)Pin驱动方式
-
- 提供两种输出驱动模式(EN1到EN12):推挽(PP)和开漏(OD)。
- 可以通过MPS fab寄存器的EN_CFG1和EN_CFG2分别配置每个通道输出模式。
- 如果选择开漏模式,ENx引脚需要外接上拉电阻,例如10kΩ。电压总线电平不能高于VDD。如果选择推挽模式,不需要外接电阻。ENx输出高电平几乎等于VDD。
- CLK32K, NRST, NRIQ引脚仅为开漏模式。必须有一个上拉电阻器(例如10kΩ)连接到电压母线。此外,电压总线电平必须不高于VDD。
- 注意:EN10、EN11、EN12可以通过寄存器EN_ALT_F和AF_IN_OUT配置为输入引脚。如果配置为输入引脚,它可以直接在引脚上施加输入信号,无论是推拉模式还是开漏模式。输入信号的高电平不高于VDD。
2)内部时钟
3)定序器操作
3.79700状态机
状态图控制信号
1)输出排序
MPQ79700FS是能够控制多达12个通道电源上/下电时序。
MPQ79700FS通过输出这些通道的使能信号,以一定的顺序和时间标记为系统供电。序列on/off事件可以由硬件或软件发起,通过ACT/SHDN、ACT/SLP、RTC wake、FORCE_SHDN、NPWR_BTN(如果启用)、NEM_PD(如果启用)和NRST_IN(如果启用)控制。
2)转换时序
9个时序:开机、紧急断电、休眠进入、休眠退出、断电和休眠关机、因NRST_IN而关机、休眠退出、因NRST_IN而复位、故障安全关机
a.开机时序:
当系统激活时,MPQ79700FS将进行“序列1:电源上电”,并开始在电压通道上输出电源上电使能信号。当NPWR_BTN未启用时,该序列由ACT/SHDN引脚控制。
当ACT/SHDN高时,ENx/CLK32K输出序列开始,NRST在上次ENx/CLK32K之后被失效RST_DLY[3:0]时间。上电序列由PWR_ENx和PWR_CLK32OE寄存器定义。
b.紧急断电
在紧急断电的情况下(处于ON状态时,VDD下降到UVLO以下),这个时序可以保护系统。
当检测到紧急电源关闭时,MPQ79700FS将先于ENx/CLK32K关闭NRST和NIRQ。通过NRST实现系统复位,通过NIRQ向主机通报紧急情况。图8显示了该情况下的详细信息。tNRST_EN通常是400ns,这是从NRST到ENx/CLK32K下拉的时间。NIRQ几乎与NRST同时进行。
如果在执行其他时序切换过程中触发紧急下电,则正在执行的序列切换将中断,紧急断电立即启动。
c.故障安全关机
F_TSD和F_EN故障将导致MPQ79700FS移动到故障安全状态。切换到FAILSAFE状态类似于“紧急断电”,触发器是故障而不是丢失VDD。NRST和NIRQ都早于拉ENx/CLK32K下拉。NRST比ENx/CLK32K下拉早tNRST_EN,而NIRQ比NRST早1us。
如果在其他序列变迁执行过程中触发F_TSD或F_EN,则正在执行的序列变迁将被中断,"故障安全关机"立即启动。
3) 失效保护状态
当处于FAILSAFE状态时,ENx、CLK32K、NRST、NIRQ都保持低电平,ACT/SHDN和ACT/SLP输入被忽略,I2C功能保持激活。
由于在这种情况下所有功能都是不确定的,主机必须做出相应的反应,不能通过设置任何寄存器或引脚状态来退出故障安全状态。为了从故障安全状态退出,必须关闭VDD供电以使MPQ79700FS进入关闭状态。
当发生以下故障时,MPQ79700FS进入故障安全状态
4)看门狗定时器(WDT)
MPQ79700FS采用了一种基于时间的系统故障检测机制,保证了主机在一定的时间内能够保持数据的更新。该WDT能够中断,重置,或电源周期系统基于一个程序可编号故障更新一个关键寄存器内的程序可更新窗口。图19显示了看门狗定时器的时钟框图。