基于高压看门狗定时器的汽车失效保护解决方案

完全独立于主控单元，始终确保系统提供有效、安全的电控单元。ECU监控电路保持主系统的连续监测，发生故障时可切换到备份、冗余系统。冗余系统的应用原理在于多个控制单元同时发生故障的概率要远远小于单个ECU中单个故障点出现的概率。因此，冗余控制单元能够为汽车系统提供额外的安全保障。

高压看门狗的优势

考虑到安全性问题，汽车电子系统需要监控电路监测故障容限或安全性。MAX16997/MAX16998看门狗定时器可理想满足这类需求，通过对微控制器(µC)正常工作条件下产生的周期脉冲进行检测，侦测电路或µC的失效状态，一旦发生故障可立即切换到备份/冗余系统。

MAX16997/MAX16998具有超时和窗式看门狗监测功能，器件带有看门狗触发器输入(WDI)，提供漏极开路µC复位输出(RESET)和漏极开路冗余系统使能输出(ENABLE)。

对于MAX16998，复位门限可以由介于低压电源(例如：µC电源)、外部电压监测输入(RESETIN)和GND之间的外部电阻分压器(图1所示)设置。MAX16997可以在使能输入端(EN)读取KL15 (点火开关)的状态，在汽车启动后使能内部的监控定时器(图2)。这时，看门狗的超时周期延长到标称周期的8倍，为µC留出足够的开启时间。

图1. MAX16998高压看门狗定时器采用独立的下游低压电源(LDO)供电，为电池短路保护提供安全保护屏障，从而使器件能够在故障条件下可靠地切换到冗余电路。

图2. 类似于MAX16998，MAX16997能够在故障状态下安全地切换到冗余电路。它还具有高电平有效使能输入(EN)，用于开启或关闭看门狗定时器。

可以利用外部电容(分别置于SRT和SWT输入)独立设置复位延时(MAX16998)和看门狗超时，看门狗窗口监测可以由工厂预置在可调节看门狗周期的50%或75%。

18µA (典型值)超低工作电流使得MAX16997/MAX16998在汽车ECU应用中非常重要，因为这些电路始终处于开启状态。另外，这些器件提供3mm x 3mm、8引脚µMAX®封装，确保工作在-40°C至+125°C汽车级温度范围。

这些IC直接采用12V汽车电池供电，可以承受高达45V的电压瞬变(IN和ENABLE引脚)，而典型的看门狗定时器则是采用下游的低压电源(例如，5V)供电。因此，即使在下游电路断电或发生与地短路时，MAX16997/MAX16998也能保持工作并且安全地切换到冗余电路(通过触发ENABLE引脚)。为了使这些器件能够支持更高的故障容限，器件在RESET、WDI、EN和RESETIN引脚提供20V故障容限，甚至能够承受短路至汽车电池的电压(图1和图2)。由此可以看出，这些电路也提供了一个可靠的保护屏障，避免受下游高压电路故障失效的影响，备份电路应该从物理层面独立于“常规”控制电路，发生故障时能够安全地切换到备份模式。

　　MAX16997/MAX16998时序

上电后，当RESETIN引脚电压(VRESETIN)高于上电复位门限(VPON)时，RESET将在上电复位时间(tRESET)内持续保持低电平，随后变为高电平。同时，看门狗定时器开始计时(tWP)。如果在规定的开放时间窗口(tOW)内没有产生WDI触发信号，RESET将被再次置为低电平，复位µC。如果在连续的三次看门狗触发信号中，触发信号均处于关闭窗口(tCW)或在看门狗周期(tWP)结束之后，ENABLE信号将被置低，使系统切换至冗余电路。如果在连续的三次看门狗触发信号中，WDI触发信号又重新回到开放的看门狗周期窗口内(tWDI)，ENABLE将重新回到高电平，系统切换到正常工作模式(图3)。

图3. MAX16998时序图(窗式看门狗)

　　看门狗超时与窗式看门狗

MAX16997/MAX16998A提供标准的看门狗超时周期，而MAX16998B/D则提供窗式看门狗功能(图4)。根据实际应用对安全等级的要求选择不同类型的器件，调整看门狗超时确保在看门狗定时周期内将定时器清零，否则器件将产生复位信号。由此，可以利用这些看门狗检测程序运行的失效状态，例如，程序运行过缓或者是数字时钟(例如，晶振产生的时钟)速率降低;而窗式看门狗则需确保定时器在规定的时间窗口内将定时器清零，由此，它们可以检测到一些额外的故障，例如，程序运行过快或时钟过快，可以支持更高的安全等级。

图4. MAX16998看门狗定时周期(窗式看门狗)

图4中的第3种情况说明了在规定的时间窗口内触发WDI的情况;第1种情况则是错误地触发了WDI，信号过早地触发WDI从而产生故障指示，导致故障发生的原因是程序运行过快或振荡器时钟频率加快;第2种情况也是错误触发WDI的一种表现—看门狗触发信号输出延时过大，表明程序运行过缓或振荡器时钟频率变慢。

　　结论

故障容限和汽车安全性成为汽车电子设计的关键因素，为了提高汽车工作效率，