【導(dǎo)讀】在汽車域控、發(fā)動機(jī) ECU、工業(yè) PLC 等系統(tǒng)中，多路電磁閥、繼電器這類感性負(fù)載驅(qū)動，長期面臨 MCU IO 緊缺、關(guān)斷電壓尖峰高、故障定位難等問題。納芯微 NSD5614 四通道智能低邊驅(qū)動系列現(xiàn)已量產(chǎn)，支持 SPI 與并口雙輸入，可通過 SPI 菊花鏈級聯(lián)，大幅減少 IO 與隔離器件用量。產(chǎn)品內(nèi)置 60V 高壓鉗位，±4kV ESD 防護(hù)，四通道獨立保護(hù)，還能在關(guān)斷狀態(tài)下檢測負(fù)載開路、短路到地故障。該系列分為車規(guī)、工規(guī)兩個版本，分別面向汽車底盤、車身域控以及工業(yè) PLC 低邊負(fù)載場景；同系列更大電流版本 NSD5624 目前處于送樣階段。NSD5614 屬于納芯微 MotivDrive? 電機(jī)驅(qū)動產(chǎn)品家族，助力簡化多路負(fù)載硬件設(shè)計，提升整機(jī)穩(wěn)定性。
NSD5614系列支持SPI串口與并口雙輸入接口，具備四通道獨立診斷與保護(hù)功能，內(nèi)置60V高壓鉗位，增強(qiáng)ESD性能可達(dá)±4kV，支持輸出并聯(lián)及最高200kHz PWM開關(guān)頻率，全面簡化多路負(fù)載驅(qū)動的系統(tǒng)開發(fā)，顯著提升整機(jī)魯棒性。
NSD5614系列提供車規(guī)和工規(guī)兩種版本，滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。車規(guī)版本適用于12V/24V/48V汽車應(yīng)用場景，可驅(qū)動底盤、發(fā)動機(jī)ECU及車身域控中的各類電磁閥、繼電器等負(fù)載。工規(guī)版本面向工業(yè)自動化PLC與智能終端等領(lǐng)域的各類低邊負(fù)載應(yīng)用。
SPI接口支持多芯片菊花鏈級聯(lián)，大幅減少輸入IO和信號隔離數(shù)量，降低系統(tǒng)成本
NSD5614系列除了支持簡單的并口輸入控制輸出外，還支持通過SPI接口控制輸出。SPI通信支持兩種連接方式：
下圖左為SPI并行連接方式，多個NSD5614從設(shè)備共用通信線SDI/SDO/SCK，每個芯片單獨連接片選信號NCS。
下圖右為SPI菊花鏈（Daisy Chain）連接方式，多個NSD5614從設(shè)備共用時鐘信號SCK和片選信號NCS，每個芯片的SDI和SDO采用菊花鏈連接。
圖1 多芯片SPI接口控制連接方式
采用SPI串口連接多個NSD5614芯片，可大幅減少控制IO口數(shù)量。特別是在菊花鏈級聯(lián)模式下，針對工業(yè)PLC中N個四通道低邊驅(qū)動的應(yīng)用，僅需1個SPI口和1個四通道數(shù)字隔離器，即可替代原本所需的4N個輸入IO口和4N個光耦隔離器件。
關(guān)斷狀態(tài)下的的負(fù)載開路（OL）和短路到地（SCG）診斷，精準(zhǔn)定位反饋故障
NSD5614支持負(fù)載開路（OL）和短路到地（SCG）診斷功能，可在驅(qū)動芯片關(guān)斷狀態(tài)（Off state）下進(jìn)行檢測，幫助系統(tǒng)在驅(qū)動負(fù)載前及時發(fā)現(xiàn)異常，提升系統(tǒng)的可預(yù)測性和可維護(hù)性。
Off state診斷的原理是在芯片內(nèi)部的MOS管關(guān)斷時，通過對OUT端施加上下拉電流，使OUT端電壓處于不同電位，從而檢測OUT端的負(fù)載連接狀態(tài)。
當(dāng)VOUT>0.6*VDD時，判定OUT端負(fù)載連接正常（Normal）。
當(dāng)0.4*VDD<VOUT<0.6*VDD，且持續(xù)超過110μs時，判定OUT端負(fù)載開路（OPL）。
當(dāng)VOUT<0.4*VDD，且持續(xù)超過110μs時，判定OUT端短路到地（SCG）。
內(nèi)置高壓鉗位管與通道獨立保護(hù)機(jī)制，全面提升系統(tǒng)可靠性
NSD5614用于驅(qū)動感性負(fù)載時，當(dāng)?shù)瓦匨OS關(guān)斷后，感性負(fù)載開始退磁（Demagnetization）。為防止OUT端產(chǎn)生過高電壓而損壞內(nèi)部MOS管，芯片內(nèi)置的高壓鉗位管將VDS電壓鉗位至VDS(CL)，使續(xù)流電流逐漸衰減至零，如下圖3所示，對應(yīng)t從0到t1的階段。
高壓鉗位管的EAS鉗位能量可參考下圖中的計算公式，也可通過示波器計算該階段的輸出電壓、電流和時間的積分。
圖2 輸出鉗位及鉗位能量
NSD5614具備全面的保護(hù)和診斷功能，包括四通道獨立的過溫保護(hù)、過流保護(hù)、負(fù)載開路和短路到地診斷檢測，以及VM電壓欠壓保護(hù)，有助于提升系統(tǒng)可靠性。
封裝與選型
納芯微四通道SPI接口智能低邊驅(qū)動NSD5614系列現(xiàn)已全面量產(chǎn)，更大電流、更低內(nèi)阻的NSD5624系列正在樣品階段。兩款產(chǎn)品均支持輸出通道獨立控制，并具備全面的智能診斷與保護(hù)功能，可滿足汽車及工業(yè)領(lǐng)域的高可靠性應(yīng)用需求。
圖3 NSD5614系列選型表
納芯微MotivDrive?：面向汽車、工業(yè)和智能終端市場的高可靠電機(jī)驅(qū)動方案
MotivDrive?是納芯微傾力打造的電機(jī)驅(qū)動產(chǎn)品家族，以高集成、安全可靠、品類豐富為核心優(yōu)勢，產(chǎn)品覆蓋直流有刷電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、直流無刷電機(jī)的集驅(qū)和預(yù)驅(qū)（NSD7系列、NSD8系列、NSD3系列），繼電器、電磁閥與螺線管的低邊驅(qū)動（NSD56系列、NSD1x4系列）等多種品類。
MotivDrive?電機(jī)驅(qū)動產(chǎn)品支持高精度電流采樣，并集成過流、過溫、欠壓保護(hù)及堵轉(zhuǎn)、負(fù)載開路檢測等全面的保護(hù)與診斷功能，幫助客戶減少外圍器件，實現(xiàn)小型化與高可靠性的系統(tǒng)設(shè)計。
關(guān)于納芯微
納芯微電子（簡稱納芯微，股票代碼：688052.SH/02676.HK）是高性能高可靠性模擬及混合信號芯片公司，聚焦傳感器、信號鏈、電源管理三大產(chǎn)品方向，為汽車、可再生能源與電源、工業(yè)自動化、智能終端等行業(yè)提供全鏈路半導(dǎo)體解決方案。
從綠色能源、智慧出行到智能終端，納芯微致力于通過持續(xù)的技術(shù)突破與應(yīng)用創(chuàng)新，構(gòu)筑面向物理 AI 時代值得信賴的芯基建。
結(jié)論
多路感性負(fù)載驅(qū)動的 IO 資源緊張、感性尖峰與故障排查難題，一直是汽車電控和工業(yè) PLC 設(shè)計的痛點。NSD5614 依靠 SPI 菊花鏈級聯(lián)方案，有效節(jié)約 MCU IO 與外圍隔離器件成本，配合關(guān)斷態(tài)負(fù)載診斷、多維度通道保護(hù)和內(nèi)置高壓鉗位，既能抑制感性負(fù)載關(guān)斷尖峰，又能提前識別負(fù)載故障。車規(guī)與工規(guī)雙版本覆蓋汽車和自動化市場，和后續(xù) NSD5624 一起，擴(kuò)充 MotivDrive? 驅(qū)動產(chǎn)品矩陣，為多路繼電器、電磁閥負(fù)載提供高集成、高可靠的驅(qū)動方案。
