汽車車身電子控制系統(tǒng)解決方案

電源系統(tǒng)

　　電源系統(tǒng)是任何汽車系統(tǒng)設(shè)計中最重要的子系統(tǒng)之一。整體功耗、電池反極保護、汽車跳啟、車輛噪聲和汽車休眠功率都是必須考慮的因素。如果電源設(shè)計比較糟糕的話再好的系統(tǒng)也不能正常發(fā)揮作用。摩托羅拉公司提供的智能化電源半導體產(chǎn)品能很好地管理電源子系統(tǒng)的所有方面。

　　摩托羅拉公司的系統(tǒng)級芯片(SBC)MC33989具有二個電源整流器，專為MCU和外圍器件提供電源。片上還提供1個速度為1兆波特的CAN接口、4個高壓喚醒輸入端以及系統(tǒng)保護功能。這個智能化的半導體器件可以提供所有必需的系統(tǒng)電壓，它內(nèi)部有一個低噪聲的200mA整流器用來給MCU子系統(tǒng)供電。另外，還有一個控制外部導通晶體管的裝置用來給外圍設(shè)備供電。這個外部導通晶體管允許調(diào)整二次電源，使之滿足每種特殊應(yīng)用所需的功耗極限要求。二次供電電源還能根據(jù)要求切斷所選外圍設(shè)備的供電，并以此達到降低功耗的目的。

　　輸入電源直接來自車載電池。只需加一個外部二極管就能達到電池極性保護的目的。SBC可以在所有過壓條件下完成保護動作。功率MOSFET工藝技術(shù)的應(yīng)用也使本器件在電池電壓低至4.5V時還能正常工作，當電池電壓低至3V時能輸出電池故障告警信號。該電源系統(tǒng)還有過溫保護功能，溫度到160攝氏度時將進行內(nèi)部熱關(guān)斷處理，溫度在130攝氏度時會輸出一個告警信號。另外，SBC還能提供低功耗的休眠模式，該模式下系統(tǒng)的電流能減小至40μA。

　　CAN收發(fā)器

　　除了提供系統(tǒng)電源外，SBC內(nèi)部還集成了一個1兆波特的CAN收發(fā)器。該收發(fā)器具有主控狀態(tài)超時檢測、內(nèi)部熱保護以及CAN+和CAN-輸入端短路保護等功能。收發(fā)器內(nèi)部還對CAN+和CAN-輸入端進行了跳啟、電池反接以及短接至電源或地的保護。

　　4個高壓喚醒輸入端使器件具備了強大的喚醒功能。這些喚醒輸入端的最大耐壓能達40V。輸入端的上拉源能在芯片上產(chǎn)生。由于只需用上拉源就能隨時檢測開關(guān)輸入的變化，因此能較好地降低功耗。該器件還具有周期性喚醒功能。另外，SBC還提供了針對MCU的復(fù)位調(diào)節(jié)與低壓檢測功能。

　　多開關(guān)檢測接口

　　由于需要特殊的觸點濕性電流(wettingcurrents)和電路故障檢測功能，汽車電子設(shè)備需要高復(fù)雜度的輸入傳感電路來檢測開關(guān)狀態(tài)。摩托羅拉公司的多開關(guān)檢測接口(MSDI)器件MC33993正是為此而設(shè)計的。

　　需要大量開關(guān)接口的系統(tǒng)具有許多分立元件，而這些分立元件會占用標準印刷線路板上的大量空間，并且必須進行焊點連接完整性檢測。而集成化方案能減少焊點數(shù)量，占用的空間也少，并能提供更寬的工作電壓，因此具有更大的靈活性。MSDI器件執(zhí)行的就是開關(guān)檢測功能，最多能檢測22個開關(guān)觸點的開閉狀態(tài)，這些檢測到的開閉狀態(tài)再通過一條高速串行鏈路傳送給MCU。在輸入端只需加一個合適的靜電放電電容就能實現(xiàn)對瞬態(tài)干擾的保護。同樣，所有輸入端都具備電池反接、跳啟和負載拆卸保護功能。

　　MSDI還具有可選的濕性電流。這些內(nèi)部電流源極大地減少了系統(tǒng)部件數(shù)量，并使金屬或橡膠開關(guān)的使用成為可能。用于檢測金屬開關(guān)的大濕性電流能在檢測過程中有選擇的使用，從而達到降低功耗的目的。利用內(nèi)部電流源可以將輸入端作為輕型負載的供電電源使用，如傳感器、LED或MOSFET門等負載。這種方法進一步增強了系統(tǒng)的設(shè)計性能，使這些輸入端在不需要開關(guān)檢測的情況下能作其它用途。

　　高阻抗的模擬電路特別容易受到來自電路板上其它信號噪聲的影響。縮短模擬信號路徑，并允許器件對信號進行緩沖可以減少這種影響。MC33993具有強大的模擬接口功能。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，這種方法能減少系統(tǒng)布線和故障模式。另外MC33993還集成了22比1的模擬復(fù)接器來提升器件性能。通道選擇是通過一條高速串行鏈路實現(xiàn)的。該器件不僅能提供先進的開關(guān)診斷功能，還允許使用模擬傳感器接口和梯形阻抗接口。

　　MCU輸出電路不能直接驅(qū)動汽車負載，還需要燈、繼電器、馬達、量程表和LED驅(qū)動器等集成電路。這些特殊的輸入接口器件同樣也提供保護與錯誤檢測功能。

　　輸出系統(tǒng)

　　在電源系統(tǒng)與輸入調(diào)整確認后就必須考慮輸出系統(tǒng)。許多汽車負載不能被MCU或低電流接口器件直接驅(qū)動，包括馬達和燈。繼電器或機械式開關(guān)是當今汽車車身控制結(jié)構(gòu)中主要的大電流開關(guān)器件。由于電磁系統(tǒng)成本低，設(shè)計成熟，不少系統(tǒng)結(jié)構(gòu)師仍樂于選用。然而使用電磁系統(tǒng)會產(chǎn)生很多問題，例如：

　　1.機械觸點的有限壽命限制了繼電器的開關(guān)頻率。由于觸點在打開或閉合的時候具有一定的慣性，在穩(wěn)定到下一個狀態(tài)前會有一定程度的跳動。這一跳動限制了最大的工作頻率，如果超過這一頻率繼電器的壽命將大大縮短。

　　2.電磁系統(tǒng)不具備診斷功能。在惡劣的汽車環(huán)境中，這些器件的可靠性是個大問題。

　　利用專為這類負載設(shè)計的驅(qū)動器可以方便地把這些負載集成到系統(tǒng)中去。摩托羅拉公司提供的具有4個高端與8個低端的MC33888開關(guān)就是專為驅(qū)動汽車負載設(shè)計的。這種器件能直接控制4個功率達60W的高端負載和8個小電流(2.5W)的低端負載。MC33888器件還內(nèi)建了處理與白熾燈有關(guān)的浪涌電流的功能。從圖2可以看出由白熾燈引起的浪涌電流能達到正常工作電流的10到15倍，這會給沒有這些大浪涌電流處理電路的系統(tǒng)帶來很大的問題。對這類負載的最常見措施是觸發(fā)過流保護電路來切斷這些負載。

　　MC33888很好地解決了這個問題，它采用了一個啟動定時器，允許白熾燈在過流保護電路工作前進行預(yù)熱。過流保護電路的啟動需要檢測調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動器到器件可接受電平的狀態(tài)和脈寬信號。圖3給出了過流保護的動作波形。完整的電池反極保護、負載傾卸保護和低功耗特性都有助于降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，并減少外部元器件的數(shù)量。診斷功能包括負載開路檢測、短路檢測和過溫檢測。作為附加的保護功能，該器件還內(nèi)建了一個看門狗定時器，當器件與MCU之間的通信發(fā)生中斷時可以用來關(guān)閉器件。對該器件的控制是通過一個高速串行接口實現(xiàn)的，因此大大減少了所需的MCU引腳數(shù)量。

　　電子馬達控制

　　最后一個需要考慮的問題是電子馬達控制。MC33887馬達驅(qū)動器能很好地完成這一任務(wù)，它是一個完整的H型橋式驅(qū)動器。該器件具有大于5A的連續(xù)電流驅(qū)動能力，因此非常適合用于鎖定馬達、天線馬達或雨刷泵。MC33887還具有高端電流傳感反饋功能。高端電流傳感反饋功能可根據(jù)實時的馬達電流反饋修正馬達的驅(qū)動頻率和負載循環(huán)。就象燈驅(qū)動器那樣，當檢測到過流狀態(tài)時它能自動對輸出進行脈寬調(diào)制。

　　MC33887器件能夠完全控制H橋激活方向和負載的中斷控制。