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  • BQ79600-Q1 设计建议

    • ZHCADA7A August   2020  – October 2023 BQ79600-Q1

       

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  1.   1
  2.   BQ79600-Q1 设计建议
  3.   商标
  4. 1电路设计
    1. 1.1 电源(BAT、CVDD、DVDD、VIO 引脚)
    2. 1.2 抑制输出(INH 引脚)
    3. 1.3 与主机的通信(MOSI/RX、MISO/TX、nCS、SCLK、nUART/SPI (SPI_RDY) 引脚)
    4. 1.4 故障输出(NFAULT 引脚)
    5. 1.5 与电池监测器件的通信(COMHP、COMHN、COMLP、COMLN 引脚)
  5. 2布局指南
    1. 2.1 接地平面
    2. 2.2 电源和基准的旁路电容器
    3. 2.3 UART/SPI 通信
    4. 2.4 菊花链通信
  6. 3菊花链信号完整性
    1. 3.1 菊花链接收器阈值
    2. 3.2 共模噪声和差模噪声
    3. 3.3 BCI 性能
    4. 3.4 辐射发射性能
  7. 4总结
  8. 5参考文献
  9. 6修订历史记录
  10. 重要声明
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Application Note

BQ79600-Q1 设计建议

本资源的原文使用英文撰写。 为方便起见,TI 提供了译文;由于翻译过程中可能使用了自动化工具,TI 不保证译文的准确性。 为确认准确性,请务必访问 ti.com 参考最新的英文版本(控制文档)。

摘要

BQ79600-Q1 是一款通信桥接器件,用于连接主机微控制器和 BQ7961X 系列电池监测器件。该器件能够通过 UART 或 SPI 接口与主机进行通信,并将通信转换为 BQ7961X 系列器件理解的差分菊花链协议。

双向菊花链端口支持基于变压器的隔离。在环形架构中,该器件支持自动主机唤醒或反向唤醒,使主机微控制器和 PMIC 进入低功耗模式(关断/睡眠),同时 BQ79600-Q1 监测堆叠式电池监测器件是否出现故障,并在检测到任何未屏蔽的故障时唤醒微控制器和 PMIC。

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1 电路设计

本节介绍了使 BQ79600-Q1 器件正常工作的电路设计建议。

1.1 电源(BAT、CVDD、DVDD、VIO 引脚)

BAT、CVDD、DVDD 和 VIO 引脚是 BQ79600-Q1 中的电源,用于为芯片中的不同模块供电。

BAT 引脚是为内部 LDO 和唤醒电路供电的电池电源输入。使用反向唤醒功能时,应通过一个 10Ω 电阻将该引脚连接到 12V 电池,并使用一个 0.1µF/50V 电容器旁路到 GND(将电容器尽可能靠近该引脚放置)。电池电压可低至 5.5V,高达 24V。如果不使用反向唤醒功能,可将该引脚连接到系统中 SBC/PMIC 的 5V 稳压电源,电压低至 4.75V,高达 5.25V。

CVDD 引脚是垂直接口专用的 5V 电源。该电压由 BQ79600-Q1 器件在内部生成。该引脚需要使用一个 0.22µF/10V 电容器去耦至 GND,才能正确运行。将电容器尽可能靠近 CVDD 引脚放置,并且不要将任何外部负载连接到该引脚。如果未使用反向唤醒功能且 BAT 引脚由 5V 稳压电源供电,请将 CVDD 直接连接到 BAT 引脚并且仍连接 0.22μF/10V 去耦电容器。

DVDD 引脚是为内部数字电路供电的 1.8V 稳压输出,由 BQ79600-Q1 器件从 CVDD 5V 电源内部生成。它需要使用一个 0.22µF/10V 电容器去耦至 GND,才能正确运行。将电容器尽可能靠近 DVDD 引脚放置,并且不要将任何外部负载连接到该引脚。

VIO 引脚是 UART 和 SPI I/O 引脚的电源输入。该引脚应连接到外部稳压电源,通常为 3.3V 或 5V。用于 UART 或 SPI I/O 引脚的微控制器电压基准应与用于 VIO 的电压基准相同。在典型应用中,该稳压电压由系统中的 PMIC 生成,并同时连接到 BQ79600-Q1 VIO 引脚和微控制器中用于 UART 或 SPI I/O 的电源引脚。使用 0.1μF/10V 电容器去耦至 GND,并将电容器尽可能靠近 VIO 引脚放置。应在驱动 SCLK、nCS、RX/MOSI、TX/MISO、NFAULT、nUART/SPI (SPI_RDY) 之前为 VIO 供电。

图 1-1 显示了直接使用 12V 电池为 BQ79600-Q1 供电并使用反向唤醒功能时建议的电源电路设计。图 1-2 显示了使用 5V 稳压电源为 BQ79600-Q1 供电且未使用反向唤醒功能时建议的电源电路设计。

GUID-20200820-CA0I-NNLZ-TV6R-TLDJFNJHJGQ1-low.png图 1-1 12V 电池和自动主机唤醒
GUID-20200820-CA0I-2NH3-4G49-QQ2NWSVF2QJV-low.png图 1-2 5V 稳压电源且不自动唤醒主机
表 1-1 电源设计注意事项
引脚 用途 使用反向唤醒 未使用反向唤醒
BAT 为内部 LDO 和唤醒电路供电。 通过 10Ω 电阻连接到外部 12V 电池,并使用 0.1µF/50V 旁路到 GND。 通过 10Ω 电阻连接到外部 12V 电池并使用 0.1μF/50V 旁路到 GND,或连接到 5V 稳压电源并短接至 CVDD。
CVDD 用于菊花链通信的 5V 电源。 通过 0.22μV/10V 去耦至 GND。 通过 0.22μV/10V 去耦至 GND。如果 BAT 由 5V 电源供电,则将该引脚连接到 BAT 引脚。
DVDD 用于内部数字电路的 1.8V 电源。 使用 0.22μF/10V 电容器旁路到 GND。
VIO 用于 UART/SPI 输入/输出引脚的 3.3V 或 5V 电源输入。 使用 0.1μF/10V 电容器去耦至 GND。

1.2 抑制输出(INH 引脚)

INH 引脚是 PMOS 开漏输出,用于在使用反向唤醒功能时控制 PMIC 等外部稳压器。该引脚需要通过一个 100KΩ 的下拉电阻连接到 GND,才能正常运行。如果未使用反向唤醒功能,则将 INH 直接连接到 BAT 引脚。

表 1-2 INH 设计注意事项
引脚 用途 使用反向唤醒 未使用反向唤醒
INH PMOS 开漏输出,用于控制系统稳压器。 将一个 100KΩ 电阻连接到 GND。 将该引脚连接到 BAT 引脚。不保持悬空。

1.3 与主机的通信(MOSI/RX、MISO/TX、nCS、SCLK、nUART/SPI (SPI_RDY) 引脚)

BQ79600-Q1 支持使用 MOSI/RX、MISO/TX、nCS、SCLK 和 nUART/SPI (SPI_RDY) 引脚通过 UART 接口或 SPI 接口与主机微控制器进行通信。本节介绍了使用上述每个通信接口所需的电路配置。

注:

MISO/TX 引脚在空闲时被 BQ79600-Q1 器件拉高 (nCS = HIGH)。因此,无法与其他从器件共享 SPI 接口。请对其他从器件使用 MCU 中的另一个 SPI 接口。

nUART/SPI (SPI_RDY) 引脚是一个具有以下 2 种功能的数字 I/O 引脚:

  1. 该引脚用于选择 SPI 或 UART 接口。要使用 UART 接口,请将该引脚连接到 GND。要使用 SPI 接口,请通过一个 10KΩ 至 100KΩ 的上拉电阻将该引脚连接到 VIO,并将该引脚连接到微控制器的 GPIO 引脚。
  2. 选择 SPI 模式后,该引脚具有附加功能。在 SPI 模式下初始化器件后,该引脚提供 BQ79600-Q1 的输出信号,用于向主机指示何时可以读取或写入数据。

nCS 引脚是数字输入,用作 SPI 接口的低电平有效芯片选择引脚。在 SPI 模式下,通过一个 10KΩ 至 100KΩ 的上拉电阻将该引脚连接到 VIO,并连接到 SPI 主微控制器的 nCS 引脚。BQ79600-Q1 器件使用 MOSI/RX 引脚上接收到的特定信号模式(称为“ping”)来更改器件的电源状态。在 SPI 模式下,ping 仅在 nCS 保持低电平时有效。为避免器件读取意外的 ping,使用 SPI 接口时无法将 nCS 信号硬接线到 GND。在 UART 模式下,将该引脚连接到 GND。

SCLK 引脚是 SPI 接口的时钟输入。如果选择了 SPI 模式,请通过一个 10KΩ 至 100KΩ 的下拉电阻将该引脚连接到 GND,并连接到 MCU 上的 SPI SCLK 引脚。在 UART 模式下,直接连接到 GND。

MISO/TX 引脚是 SPI 主输入从输出或 UART 发送器输出。在 MCU 侧通过一个 10KΩ 至 100KΩ 的上拉电阻将该引脚连接到 VIO。如果使用 SPI 接口,请将该引脚连接到 MCU 上的 SPI MISO 引脚。如果使用 UART 接口,则连接到 MCU 上的 UART RX 引脚。

MOSI/RX 引脚是 SPI 主输出从输入或 UART 接收器输入。通过一个 10KΩ 至 100KΩ 的上拉电阻将该引脚连接到 VIO。不要让它处于未连接状态。如果使用 SPI 接口,请将该引脚连接到 MCU 上的 SPI MOSI 引脚。如果使用 UART 接口,则连接到 MCU 上的 UART TX 引脚。

图 1-3 显示了主机 MCU 使用 UART 接口与 BQ79600-Q1 器件通信时的建议设计。有关主机 MCU 与 BQ79600-Q1 之间使用 SPI 接口进行通信时的建议设计,请参阅图 1-4。

GUID-20200820-CA0I-CXJH-1VR9-VJ4RWFT0MS69-low.png图 1-3 使用 UART 接口
GUID-20200820-CA0I-V570-SXKS-LZ7PNTR0XK2B-low.png图 1-4 使用 SPI 接口
表 1-3 SPI/UART 设计注意事项
引脚 SPI 模式 UART 模式
MOSI/RX 通过一个 10KΩ 至 100KΩ 的上拉电阻连接到 VIO,并连接到 MCU 的 SPI SIMO 引脚。 通过一个 10KΩ 至 100KΩ 的上拉电阻连接到 VIO,并连接到 MCU 的 UART TX 引脚。
MISO/TX 在 MCU 侧通过一个 10KΩ 至 100KΩ 的电阻上拉至 VIO。连接到 MCU 的 SPI SOMI 引脚。请勿连接 SPI 总线上的其他从器件,因为 MISO 线路在空闲时被 BQ79600-Q1 器件拉高。 在 MCU 侧通过一个 10KΩ 至 100KΩ 的电阻上拉至 VIO。连接到 MCU 的 UART RX 引脚。
SCLK 通过一个 10KΩ 至 100KΩ 的下拉电阻连接到 GND,并连接到 MCU 的 SPI SCLK 引脚。 连接到 GND。
nCS 通过一个 10KΩ 至 100KΩ 的上拉电阻连接到 VIO,并连接到 MCU 的 SPI nCS 引脚。 连接到 GND。
nUART/SPI (SPI _RDY) 通过一个 10KΩ 至 100KΩ 的上拉电阻连接到 VIO,并连接到 MCU 上的 GPIO 引脚。 连接到 GND。

1.4 故障输出(NFAULT 引脚)

NFAULT 引脚是低电平有效故障指示器,在发生故障时,该引脚将拉低以向主机发出已发生故障的信号。nFAULT 是开漏低电平有效引脚,因此需要通过一个 100KΩ 的电阻将其上拉至 VIO。将 nFAULT 连接到主机 MCU 上的 GPIO。如果不使用,则连接到 GND。有关建议的 NFAULT 连接,请参阅图 1-3。

1.5 与电池监测器件的通信(COMHP、COMHN、COMLP、COMLN 引脚)

COMHP、COMHN、COMLP 和 COMLN 引脚是交流耦合双向输入/输出引脚,用于与 TI 的电池监测器 IC(如 BQ7961X-Q1 系列器件)进行通信。要在北向通信,BQ79600-Q1 的 COMHP/N 差分引脚应通过适当的隔离连接到电池组中第一个电池监测器 IC 的 COMLP/N 引脚。同样,要在南向通信(例如使用环形架构时),BQ79600-Q1 的 COMLP/N 差分引脚应通过适当的隔离连接到电池组顶部电池监测器 IC 的 COMHP/N 引脚。如果不使用这些引脚,则保持未连接状态。

要在低压系统和高压域之间进行隔离,建议使用变压器隔离,因为这是从系统中消除共模噪声的有效方法。图 1-5 显示了接口元件值。仅当使用环形架构时,才需要标红的电路。

GUID-20200820-CA0I-0248-Z6HX-TX0BPH3QLB4W-low.png图 1-5 菊花链隔离

使用环形架构的好处是,即使两个堆叠器件之间的通信线中断,主机也可以继续与堆叠的电池监测器件进行通信。在非环形方案中,两个器件之间的通信中断会阻止与所有上游器件的通信。当 BQ79600-Q1 桥接器件和 BQ7961X-Q1 堆叠器件之间使用环形架构时,如果主机检测到通信接口断开,它将能够切换通信方向,以便与中断点两侧的器件进行通信。这样可以确保安全运行,直到线路中的中断点被修复。有关在使用环形架构时如何反转通信方向的步骤,请参阅器件的数据表。

当 BQ7961X-Q1 堆叠器件处于睡眠模式而 BQ79600-Q1 处于睡眠模式或关断模式时,环形架构还支持传输故障状态。

组成部分 用途 建议
变压器 变压器在低压域和高压域之间提供电隔离。 HMU1228NL 变压器或 HM2147NL 变压器。
端接电阻器 使用此电阻器是为了防止反射信号干扰通信。 COMHP 和 COMHN 引脚之间的 1KΩ 电阻。如果使用环形架构,则在 COMLP 和 COMLN 引脚之间连接一个 1KΩ 电阻。BQ79600-Q1 侧和 BQ7961X-Q1 侧的连接两端均应有一个端接电阻。
串联电阻: 串联端接电阻用于实现阻抗匹配。 COMHN 和 COMNP 线路上的 51Ω 串联电阻,如图 1-5 所示。如果使用环形架构,还需要在 COMLN 和 COMLP 线路上均使用 51Ω 串联电阻。
旁路电容器 旁路电容器可在 BCI 测试期间提供滤波并提高性能。 COMHN 和 COMHP 上都有 100pF/50V 电容器连接到 GND。如果使用环形架构,则 COMLN 和 COMLP 上都有 100pF/50V 电容器连接到 GND。
ESD 保护 建议添加 ESD 保护,以在通信线上提供 ESD 隔离。 PESD5V0L2BT ESD 器件。
变压器中心抽头端子上的电容器 变压器需要在中心抽头处连接一个 100pF 电容器。 100pF/50V 电容器。

在所有这些情况下,建议都是基于电路板之间的电缆长度,并且在所有情况下,模块之间都要使用双绞线电缆。这些噪声隔离方法的主要目的是从信号中消除共模噪声。

通信线上的任何电容都将对性能产生影响。应计算并考虑所有有意电容和寄生电容。

 

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