通過電壓基準(zhǔn)和監(jiān)控器幫助設(shè)計者實現(xiàn) ASIL 功能安全目標(biāo)

許多與安全相關(guān)的汽車系統(tǒng)都需要滿足國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 26262 定義的汽車安全完整性等級 (ASIL)。

不遵循 ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的集成電路 (IC) 不能用于實現(xiàn)功能安全目標(biāo)，這是一種常見的誤解。許多汽車原始設(shè)備制造商已經(jīng)能夠使用不符合 ASIL 標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體設(shè)備的特性和可靠性來開發(fā)針對 ASIL 要求的系統(tǒng)。在這篇文章中，將演示電壓基準(zhǔn)和監(jiān)控器如何幫助您實現(xiàn)汽車系統(tǒng)的 ASIL 合規(guī)性。

電壓參考和監(jiān)控器

電壓基準(zhǔn)和監(jiān)控器（復(fù)位 IC）等設(shè)備是常見的半導(dǎo)體設(shè)備，可幫助汽車系統(tǒng)集成商開發(fā)功能安全的系統(tǒng)。在汽車應(yīng)用中使用時，這些設(shè)備提供診斷覆蓋或冗余監(jiān)控功能。

圖 1 取自 ISO26262-10:2018, 9.2.3.4，是脫離上下文的安全元件 (SEooC) 如何實施電壓監(jiān)控器和看門狗作為安全機制的示例。

圖 1：基于 ISO 26262 的 SEooC 系統(tǒng)級設(shè)計假設(shè)

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電壓參考和監(jiān)控器的特性和機制

電壓監(jiān)控器可以通過提供電源故障檢測來幫助實現(xiàn)系統(tǒng)級功能安全目標(biāo)。當(dāng)在電源上檢測到過壓或欠壓故障模式時，電壓監(jiān)控器會對微控制器 (MCU) 實施安全機制。一些電壓監(jiān)控器還可以提供帶有看門狗定時器的數(shù)字診斷功能，可以檢測 MCU 的時鐘故障。時鐘故障包括 MCU 發(fā)送的延遲脈沖或過早脈沖。窗口看門狗定時器可以監(jiān)視這些脈沖并警告系統(tǒng)發(fā)生了故障。欠壓和過壓監(jiān)控的另一種方法是使用具有精密參考電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 來監(jiān)控多個電壓軌。圖 2 顯示了窗口看門狗定時器的工作原理。在某些情況下，具有很高診斷覆蓋率目標(biāo)的系統(tǒng)可能需要冗余安全機制以實現(xiàn)系統(tǒng)級功能安全目標(biāo)。這意味著除了用于監(jiān)控潛在電壓供應(yīng)故障的 ADC 和電壓參考之外，還需要一個監(jiān)控器來監(jiān)控相同的電壓軌以確保安全性和診斷范圍。

圖 2：窗口看門狗時序圖

設(shè)備功能安全抵押品

汽車系統(tǒng)的風(fēng)險評估表明，由于 IC 故障可能會發(fā)生故障；因此，某些功能安全系統(tǒng)需要在設(shè)備級別進(jìn)行評估。TI 可以提供評估 IC 所需的設(shè)備信息以及功能安全系統(tǒng)概念的要求。TI 可以為電壓基準(zhǔn)和監(jiān)控器提供設(shè)備附屬資料，例如資格報告、及時故障 (FS-FIT)、故障模式分布 (FMD) 以及設(shè)計故障模式和影響分析 (DFMEA)。

具有功能安全考慮的汽車參考設(shè)計

“改進(jìn)電壓的ADAS電源參考設(shè)計”展示了電壓參考和監(jiān)控器如何幫助實現(xiàn)功能安全系統(tǒng)。此參考設(shè)計中使用的電壓基準(zhǔn)和監(jiān)控器可以幫助設(shè)計人員在結(jié)合設(shè)備的功能、特性和設(shè)備附屬品時實現(xiàn)系統(tǒng)級功能安全目標(biāo)。

該參考設(shè)計為高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 中的安全 MCU 提供具有額外電壓監(jiān)控和窗口看門狗的汽車電源解決方案。該設(shè)計有助于實現(xiàn)準(zhǔn)確的電壓監(jiān)控，并在整個溫度范圍內(nèi)精確監(jiān)控 1% 的最大值，并包括靈活的復(fù)位延遲和手動復(fù)位等功能。TPS3703-Q1 以小尺寸提供過壓和欠壓監(jiān)控，對外部組件的需求最少，有助于解決空間受限問題。

圖 3 描述了 TPS3703-Q1 如何檢測過壓和欠壓。對于潛在的時鐘故障，TPS3850-Q1 兼作過壓/欠壓監(jiān)視器和窗口看門狗定時器，如圖 2 和圖 3 所示。它還具有更改看門狗超時和窗口比率以及禁用看門狗定時器的靈活性.?在僅需要欠壓監(jiān)控的情況下，TPS3890-Q1 可以以極低的靜態(tài)電流提供準(zhǔn)確的電壓監(jiān)控，以節(jié)省系統(tǒng)功耗。最后但并非最不重要的是，LM4132-Q1 提供精密電壓以參考 ADC 以進(jìn)行電壓監(jiān)控。LM4132-Q1 具有 0.05% 的初始精度和 10 ppm/°C 的低溫漂移，以 60 μA 的低電源電流成本解決了準(zhǔn)確的電壓監(jiān)控問題。

圖 3：欠壓和過壓窗口檢測器時序圖

在 ADAS 電源參考設(shè)計中適應(yīng) ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)

該參考設(shè)計考慮了 ISO 26262 及其有關(guān)電源電壓監(jiān)控和看門狗診斷的指南。圖 4 解釋了檢測電源故障和有缺陷的程序序列故障的必要性。圖 4 取自 ISO26262-5:2018 的附錄 D。本附錄旨在評估診斷覆蓋率，并用作選擇合適的安全機制以檢測可能的系統(tǒng)故障的指南。該參考設(shè)計有助于實現(xiàn)圖 4 所示的系統(tǒng)級安全機制。

圖 4：基于 ISO 26262 的電源和看門狗故障的安全機制示例

此參考設(shè)計中使用的電壓監(jiān)控器和基準(zhǔn)電壓源可以通過提供額外的診斷覆蓋范圍、安全機制或冗余安全監(jiān)控來提供額外的安全層。該產(chǎn)品的故障檢測性能和功能有助于實現(xiàn)汽車系統(tǒng)的功能安全目標(biāo)。此外，TI 可以提供抵押品以縮短系統(tǒng)集成商的上市時間。