Infineon OPTIREG TLE9243QK 安全 PMIC 工程化 — AS-PMIC / WWD+FWD / Active RPP / HS-Driver / AURIX ASIL D 路径

4 子族按集成度递增切分,选哪一支取决于 ECU 安全等级 + BOM 容差:

关键认知:PMIC 与 SBC 在 Infineon 体系是平行子族,不是一个东西 — PMIC 强调"系统供电 + 安全",SBC 强调"供电 + 通讯 PHY 一体"。NXP FS65 命名上叫 SBC 但功能更接近 Infineon 的 "SBC + PMIC 中间态"(集成 CAN/LIN PHY + Q&A WD)。Infineon 把 PHY 拆出来单独做 IVN 子族,PMIC 不集成 PHY — 这是与 NXP FS65 哲学的最大差。

OPTIREG PMIC 内部还有一次二分,这一层决定 TLE9243QK 的具体定位:

• Safe Compute — 给 MCU(AURIX TC3xx 等)旁路供电 + WD 监督,本身不直接驱外部 actuator。代表 TLF35584/5(通用)+ TLF30682(ADAS)。
• Safe Control — 给 MCU 供电之外,直接集成 actuator 驱动相关功能(HS-Driver 给安全切断 N-FET / WSS 接口 / 大电流 LDO 给 sensor)。代表 TLE9243QK(变速)+ TLE9744QK(xEV)。

TLE9243QK 定位 — Safe Control for Transmission(变速器专用 AS-PMIC):除常规 MCU 供电外,集成 3 颗 HS Driver 直接控制外部 power N-FET(用作安全切断 secondary switch-off path),省一颗独立 driver IC。这是与 TLF35584(通用 GP-PMIC)+ NXP FS65(单 fail-safe pin 仅信号)的本质差。

Infineon 命名规律:TLE(车规线性 / 集成 IC)+ 9243(产品族号)+ QK(PG-LQFP-64 12×12) — 同族 9243 + QX 是不同封装。订货 OPN: LE9243QKXUMA1,SP#: SP003227362,生产步进 C12/C13(MA005593572 / MA005753955)。Evaluation 套件 TLE9243QK_BASE_BOARD + TLE9243QK_DEV_BOARD(独立基板 + 子板,Tier-1 申请样片 + EvalBoard 通常 2-4 周)。

从 KL30 12V 输入到 MCU 各 rail 的完整供电链:

关键认知 — Buck-Boost vs 单 Buck:NXP FS65 用单 Buck pre-reg(VBAT 必 ≥ 5.5V 才能稳压输出 5V),Vbat 跌至 3-5V(crank)区间会失稳。TLE9243QK 的 Buck-Boost 可切换 ★ — Vbat 高时走 Buck,Vbat 跌至 ~3V 时自动切 Boost 升压输出 5V,变速器在 cold-crank 30 ms 内 Vbat 跌至 3.5V 的 case 下仍稳供 — 这是变速器 / 引擎舱 PMIC 的硬需求。

MCU 通过 SPI 主控 TLE9243QK:

• SPI 32-bit / 10 MHz / CRC-8 校验 — 比 NXP FS65 的 16-bit / 4-10 MHz 更宽带宽 + 强校验
• 用途:配置 PMIC 状态机模式 / WWD/FWD 周期与窗口 / OV-UV 阈值 / HS Driver enable / 读 fault status / 写 FWD answer(Q&A)
• 引脚:CSN / SCK / SI / SO(标准 4 线 SPI)+ INTN(中断输出)+ RSTN(MCU reset 输出,active low)+ WDON(WD output)+ STC(Stop Counter 状态指示)+ CLKMON(MCU 时钟监控输入)

TLE9243QK 作为 AS-PMIC for Transmission,集成 4 类变速器专用功能,这些是 GP-PMIC(TLF35584)+ 多数 SBC 没有的:

• 3 HS Driver(SS1G/SS2G/SS3G) — 直接驱标准 N-channel power MOSFET(不需用 Protected MOSFET),实现 secondary switch-off path(见 §4.3)。Current sense + diagnostics 集成在 PMIC 内,Tier-1 不必再做电流采样 / 短路诊断电路
• 3 WSS Interface(WS1/WS2/WS3) — 3 颗 9.0 V LDO ±3% / 50 mA 给轮速传感器(兼容 TLE4955/5555 速度 sensor)+ 3 通道电流型 sensor 信号调理 + 3-level current sensing 解码
• VBS(Battery Voltage Switch) — 独立 KL15/KL30 切换 + 唤醒 / DRG 唤醒输入,sleep 模式下静态电流 IQ 显著降低,长时停车不亏电
• Charge Pump for Active RPP — 驱外置反向极性保护 N-FET(代替传统的反向二极管,损耗低 + Vbat 余量足,见 §4.4 关键性)

GP-PMIC 走 "一颗 PMIC 通吃多平台" 路线:

• 优势:Tier-1 软件可复用(同 PMIC 跨多车型 / 多 ECU 平台)+ 跨平台 reference design + 一套 Safety Manual 复用
• 劣势:不能为单一应用做 BOM 优化(很多功能用不上但都付了 die 面积)+ 系统级 FuSa 不一定最优(需 Tier-1 自己拼接外围)

代表型号 TLF35584/5 — VCORE buck + 3 LDO + 完整 polynomial WD + 通用 fail-safe pin,不集成 actuator 驱动(MCU 旁路 PMIC,纯供电 + WD 监督)。配 AURIX TC3xx 走 ASIL D 是 Infineon 给的事实标准 reference。

AS-PMIC 走 "为单一应用极致集成" 路线:

• 优势:显著 BOM 节省(去掉应用不用的功能 + 集成应用必备的外围,如 HS Driver、WSS、Active RPP)+ 系统 FuSa 单 IC 覆盖(跨件 FMEDA 简化)
• 劣势:Tier-1 跨平台软件需重写 + 应用专用 hardware 与 reference design

TLE9243QK 是 AS-PMIC for Transmission — 集成了 3 HS Driver + 3 WSS + VBS,这些功能给 hydraulic ECAT / DCT / 干式双离合 / CVT 都是必备。Tier-1 用它做变速器 ECU,与 GP-PMIC + 分立外围方案相比 PCB 占用 ~5 cm² vs ~30-40 cm²,BOM $5-6 vs $8-10。

下面是真实选型路径:

WWD 用窗口模式:MCU 必须在 [open, close] 时间窗口内回答,过早 fail / 过晚 fail 都触发 reset。这一点是单边 WD(只查 timeout)所没有的:

• 过早 fail 防什么:MCU 跑得太快往往是中断风暴 / scheduler 错乱,纯 timeout WD 测不出
• 过晚 fail 防什么:MCU 卡死(传统认知),纯 timeout WD 能测出
• 配置:open/close 窗口比例 SPI 可配,典型 open=2 ms / close=8 ms / 总周期 10 ms

FWD 用 Q&A polynomial,与 NXP FS65 的 Q&A WD 概念相同但实现差异:

• SBC 周期抛 Question(SPI 寄存器写入随机种子)
• MCU 必须计算 polynomial f(Q)= A 并 SPI 写回
• SBC 验 A 与 expected 一致才 reset 计时器
• 关键性:ISR 卡死无法跑完整 polynomial(必须真正的 task scheduler + multi-step compute),所以 FWD 能查出"MCU 看似 alive 但 scheduler 已坏"的状态,这是单 WD 测不出的

WWD vs FWD 协同:WWD 防时间维度异常 + FWD 防执行流维度异常,两者并行运行,任一 fail 都进 Stop Counter。Tier-1 默认两者都 enable(只用 WWD 是给 ASIL B 留口子,ASIL D 必双 WD)。

TLE9243QK 内部有 5 态 device mode FSM,与 NXP FS65 类似但多了 SLEEP 态(配 VBS 用):

Stop Counter 三犯进 lock(对应 NXP FS65 的 3-strike escalation):WD fail / CLK fail / OV-UV 每次 +1 → counter ≥ 阈值(SPI 可配,默认 3)→ Restart-Lock latched → FCR(Fail-safe Control Reset)pin 拉低 + 3 HS driver 全断 → 外部 power stage shutdown → 等 KL15/KL30 重上电退出。

OPTIREG 独有 Active Reverse Polarity Protection(charge pump 驱外置 N-FET 而非传统反向二极管):

• 传统反向二极管方案:正向压降 0.3-0.7 V,损耗在 1A 电流下 ~0.7 W,且 cold-crank 时 Vbat 跌至 3.5V 后再扣 0.7V → 后级 Vbat 仅 2.8V → buck 升不上去
• Active RPP charge pump 方案:N-FET Vds ~0.05 V,损耗仅 0.05 W,Vbat 余量全保留,cold-crank 不掉链
• NXP FS65 没有这个功能 — Tier-1 需外置 LM74700-Q1 等 ideal diode controller,多一颗 IC + 一颗 N-FET 调试更复杂

变速器 HARA 输出 3 条 SG,SG-01 是 ASIL D 的核心来源 — 急刹/降挡过猛会让乘员甩出 / 失控,危害严重度最高;SG-02 / SG-03 分别落在 C / B,本质都来自"actuator 控制丢失"这一根因。下表是 Infineon 给的参考分配,Tier-1 可按整车 HARA 微调:

每条 FSR(Functional Safety Requirement)和 TSR(Technical Safety Requirement)对应 TLE9243QK 一个或多个集成功能:

NXP FS65 只有单 fail-safe(FS0B pin)路径 — 拉低 FS0B 通知 Tier-1 外部 power stage shutdown。Tier-1 自己实现 power stage 切断电路。

TLE9243QK 是双独立路径 ★:

• Primary path(TSR-01):拉低 VSCU / VSCOM / VSREF LDO → MCU 直接断电 → AURIX 内部 actuator driver 自然失能
• Secondary path(TSR-02):3 HS Driver 主动断外部 N-FET → power stage 立即切断,不依赖 MCU

两条路径独立硬件,任一路径 fail 都能完成 safe state transition。这是 OPTIREG 在变速器 / 转向 / 制动 走 ASIL D 比 NXP FS65 + 外围方案更简洁的核心原因 — secondary path 不需 Tier-1 自己拼。

AURIX TC3xx 端需对接 TLE9243QK 的:

• SPI:配置 + 周期读 fault status + Q&A 应答
• CLKMON:MCU 时钟输出给 TLE9243QK 监控(MCU 时钟漂 → PMIC 拉 reset)
• RSTN / WDOUT:TLE9243QK 输出给 MCU PORST / EXT_RESET
• FCR / STC:Stop Counter 状态 → AURIX SMU(Safety Management Unit)输入

AURIX SMU + TLE9243QK FCR 联动:AURIX 内部 SMU 收到任意 alarm → 拉 PMIC FCR → PMIC 进 FAIL-SAFE → 3 HS Driver 断 N-FET → 完成 safe state transition,全链路硬件,不依赖 MCU 软件路径。

Tier-1 通常按 TLE9243QK_BASE_BOARD + TLE9243QK_DEV_BOARD + AURIX Triboard 三件套调:

1. Dev Board 单调 — 拉 SPI、调 LDO、跑 WWD/FWD demo,2-3 天
2. Dev Board + Base Board 联调 — 接 AURIX,跑 RSTN/CLKMON/FCR 链路,1 周
3. HS Driver + N-FET 联调 — 接外部 power stage,验 secondary switch-off,2-3 天
4. Safety Manual 走查 — 100-150 AoU 逐条 verify,1-2 周
5. FMEDA + TSC + safety case 整理 — 4-6 周
6. 整套 ASIL D 集成 8-12 周完整闭环