ST L9952GXP 车身电源管理 IC:双稳压器 + 两级 standby + contact sense

L9952GXP 把车身 / 门模块 ECU 的一整套基础设施集成在 PowerSSO-36 里:2 路 low-drop 稳压器(V1 = 5V/250mA 给 µC 与内部逻辑、V2 = 5V/100mA 可配)、LIN 2.1 transceiver、5 个 high-side driver(1× 1Ω 作 contact supply + 4× 7Ω 驱 LED/Bulb/Hall)、2 个 low-side driver(2Ω 驱 relay)、2 个 OpAmp(典型作 current sense)、2 个带片上振荡器的 timer、window watchdog + FSO(Fail-Safe Output)+ SPI 全诊断。

它和"只给 µC 供电"的单输出 SBC 的区别,全在三件事上:双稳压器(V1 主轨 + V2 可配外设轨)、两级 standby(一级保 RAM、一级极省电)、周期性触点监测(把常通触点的静态电流变成脉冲供电)。这三件正是车门模块的刚需——既要门把手即时唤醒、又要整车几十微安的静态电流。典型应用是 power window / mirror / lock / turn indicator 的门模块,也用于车身控制器。

V1 是器件核心:5V、Active 模式 250mA continuous,给 µC 以及 L9952GXP 内部逻辑 + 全部数字输出(Dig_out3/4、FSO、NReset、SPI DO、LIN RxD 都由 V1 派生)。V2 是 5V/100mA 的可配轨,有 4 种模式(Always Off / Always On / 仅 run / Active+V1_standby),打开后应读 SHT5V2 flag 核查负载。两路稳压器都无需 electrolytic 输出电容(原理图典型 220nF)。

最反直觉的一点:ICMP 监测的是 V1 的总电流,不只是 µC 电流。 $Iv1$ = µC 外部电流 + 内部逻辑 + 所有数字输出电流之和。后果是:V1_standby 下,一个挂在 Dig_out3 上的 ~1mA LED(比如把 active-high 触点状态 loop 到数字输出)就能把 $Iv1$ 顶过 Icmp_rise、误启 watchdog。ST 明确禁止用关掉 ICMP 来"解决"它(那会废掉 fail-safe),只能靠系统设计压低 standby 电流。

输出跌落保护按场景分:Active 下 V1/V2 跌破 2V 持续 ≥2µs → latch V1fail/V2fail(典型由 EMI 引起,此后 µC RAM 一致性不再保证);turn-on 时 4ms 内未升过 2V → 判 short-to-ground 关该路(V1 短路 → 自动进 Vbat_standby;V2 短路 → 仅关 V2 + 置 SHT5V2)。V1 跌破 NReset 阈值持续 ≥8µs → 立即拉低 NReset。温度上:junction >155°C 置 TSD2,V1 关 1s 后自动重开;1 分钟内连续 8 次 TSD2 → 强制 Vbat_standby。

L9952GXP 的看门狗分两段:上电 / 唤醒后的 LOWi(Long Open Window)= 65ms typ 给 µC 跑 boot + 全部 power-on diagnosis,然后 µC 通过翻转 TRIG(CR0 D19)结束 LOWi、进入 window 模式。所有 power-on 诊断必须在 65ms 内做完,否则重启原因 / cold-start 信息丢失。

进入正常运行后是 windowed watchdog:correct trigger 后 closed window 4.8–7.2ms(此间翻转 TRIG = Early-write 失败 → NReset 2ms),接 open window 8–12ms。ST 建议在 safe trigger area 正中、约 10ms 触发(corner condition 下避免误判)。每次 LOWi 未触发 → NReset 拉低 2ms + WDC 加 1;连续 8 次失败 → V1 关 200ms 再开;WDC 达 15 → 强制进 Vbat_standby、WDC 清零。WDC(SR1 bits 12-15)必须在任何 reset 后、触发 WD 前读取才能监到连续失败数。

两个高频软件 bug 源:① 写 TRIG 必须连输出配置一起写——TRIG 和输出位同在 CR0,每次翻转 TRIG 都会重定义全部输出;NReset 后 TRIG 被复位为 0 必须写 1,而 V1_standby 无-NReset 唤醒时 TRIG 未复位、必须先读现值再翻转(否则首触发即 Early-write 失败、LOWi 直接关掉)。② 读状态优先用 CR2 write 而非 CR0 write——CR0 写会覆盖 TRIG/V2/输出配置,唤醒后第一步用 CR0 读 SR0 会意外改输出和触发位。

L9952GXP 的两级低功耗是它和单输出 SBC 拉开差距的地方:一级保 RAM、一级极省电。

两个易错点:① V1_standby 下 watchdog 不是常活的——进 V1_standby 后只要 $Iv1$ 降到 Icmp_fall(≈850µA)以下,window WD 即停、V1 转 low-current;WD 只有当 µC 电流回升过 Icmp_rise 才以 LOWi 重新起来。② 进 V1_standby 是个有硬截止时间的赛跑——发 Go_V1(CR0 D21)后,µC 必须在 ~16ms(下一个 open window 到期前)把 $Iv1$ 降到 Icmp_fall 以下,否则 WD 期待 trigger → 触发 NReset → 进不了 standby。铁律:最后一次 WD trigger 与 Go_V1 放进同一 CR0 frame,给 µC 留最大降流时间。另外 ICMP bit 进 standby 前必须为 0,否则 WD 不受 $Iv1$ 控制地被禁(fail-safe 失效)。

并注意:器件无法分辨自己从哪个 standby 醒来,要区分必须 µC 进 standby 前自存。门模块要"即时唤醒 + 保 RAM"选 V1_standby(45µA);追求极限静态电流、可接受冷启动选 Vbat_standby(7µA)。

车门有大量触点(门把手 / 锁 / 各种开关)需要在休眠下被监测。常通触点静态供电约 10mA/触点——几个触点就把静态电流预算吃光。L9952GXP 给两种 contact sense:

Cyclic contact sense(两种 standby 都支持):触点由 HS driver 仅在 timer ON-time 才供电,其余时间不耗电。一个常通触点从静态 10mA 改 cyclic 后,器件总电流只增加约 65µA——这是它能在多触点下守住几十微安静态电流的核心。Timer2 典型 period 50ms、On-time 100µs 或 1ms,最快 50ms+0.1ms;On-time 内 80µs blanking + 16µs filtering,检测到与上次合格值不同的电平 → wakeup。

Static contact sense(最适合 Vbat_standby 的 7µA):触点由外部电源持续供电,静态滤波 64µs,状态变化 >64µs 即 wakeup(存 SR0 bits 13-16)。唤醒阈值 rising 0.55·Vs / falling 0.45·Vs。漏电配置规则(两类通用):active-low 触点配 current source、active-high 触点配 current sink。每个 WU 输入的 filter 必须与所用 timer 的 period/On-time 匹配,否则要么唤不醒、要么一进 standby 就立刻误唤醒。

CAN 经 INH 唤醒(Iinh>200µA)与 LIN 唤醒在两种 standby 都常开、不可禁、且不产生 NReset 脉冲;SPI 唤醒仅 V1_standby 可用。

L9952GXP 的诊断最值得用的是 global error flag 快速诊断:任意读 SR0/SR1 的头 2 bit = 7 个电源类 error(V1fail/V2fail/TW/TSD1/TSD2/UV/OV)与 8 个输出 OC 类的逻辑或。可不发完整 24-bit frame——CSN 高→低、CLK 保持低,DO 即输出 bit0;DO=0 无错,DO=1 再读完整 SR 定位。建议每次 NReset 后先做这一步。

输出诊断:high-side open-load 仅在输出 ON 时检测(阈值可配 2mA 或 8mA,专为接 Hall sensor 的高实时性场景);over-current / LS 短路检到即关该路并 latch,直到写 CLR(Out_HS 可配 auto-recovery 用于冷灯泡 inrush)。OL/OC 用 64µs filter,即使 driver 关或器件在 standby,failure bit 仍 latch。结温三级:TW 130°C(告警)/ TSD1 140°C(除 V1 外全关)/ TSD2 155°C(V1 关 1s)。Interrupt mode(INT_en=CR1 bit 20):任意 V1_standby 唤醒源 → Dig_out4 出 2ms 脉冲,且 looping 与 NReset 生成被禁(µC 保 RAM 快速恢复)。