汽車LIN總線物理接口器件MC33399原理應(yīng)用

1 概述

LIN（Local Interconnect Network局域互連網(wǎng)絡(luò)）是一種低成本的總線網(wǎng)絡(luò)。其最初的開發(fā)目的在于彌補(bǔ)CAN總線的不足，主要用于汽車中某些對(duì)通信速率要求不高的場(chǎng)合，LIN總線作為CAN總線的輔助網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)絡(luò)使用可以解決汽車內(nèi)因?qū)Ь€過多所帶來的許多問題。

一個(gè)簡(jiǎn)單的LIN節(jié)點(diǎn)除了微控制器外，還需要兩個(gè)芯片，即LIN接口芯片和5V的電壓調(diào)節(jié)器。Freescale公司的MC33399芯片是專用于LIN的單線物理接口器件。該器件的功耗非常低，可控制外部穩(wěn)壓器，安全符合LIN規(guī)范，抗干擾能力強(qiáng)，是一種高性能的模擬器件，適用于工作環(huán)境比較復(fù)雜的汽車。MC33399的主要特點(diǎn)如下：

·通信速率范圍為1～20kb/s；
·額定工作電壓：8V～18V，正常電壓：7V～27V；
·無功節(jié)點(diǎn)不影響總線狀態(tài)；
·有正常和睡眠兩種工作模式，睡眠模式下的靜態(tài)電流僅20μA；
·LIN總線喚醒、MCU命令喚醒以及接口外部高壓開關(guān)輸入喚醒；
·通過兼容的CMOSI/O腳與MCU進(jìn)行接口；
·帶有外部穩(wěn)壓器控制功能；
·內(nèi)置上拉電阻；
·LIN引腳的ESD電壓可達(dá)4kV；
·具有很好的電磁兼容性；
·工作溫度范圍為-40℃～125℃。

2 引腳功能

MC33399采用SO8型貼片式封裝。圖1示出引腳排列，各引腳的功能說明如表1所列。



表1 MC33399的引腳功能

引腳號(hào) 引腳名 功 能
1 RX 接收數(shù)據(jù)輸出端
2 EN 使能端
3 Wake 喚醒端，用于將芯片從睡眠中喚醒
4 TX 發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端
5 GND 電源地
6 LIN LIN總線接口端
7 Vsup 電源
8 INH 外部穩(wěn)壓器控制端

3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

MC33399的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示?，F(xiàn)將其主要工作原理介紹如下：



3．1 主要功能

MC33399的工作模式由使能端EN來控制。當(dāng)EN為1時(shí)，電路處于正常工作狀態(tài)，此時(shí)由TX引腳到LIN總線以及由LIN總線到RX引腳的兩條傳輸路徑均被激活。當(dāng)EN為0時(shí)，芯片進(jìn)入睡眠或低功耗模式，此時(shí)兩條傳輸路徑被禁止。睡眠模式下，LIN引腳可通過上拉電阻和上位電流源保持在高電平Vsup，并通過Vsup引腳由電源向芯片提供靜態(tài)電流（典型值為20μA）。

MC33399的LIN引腳用于完成單總線收發(fā)功能。TX引腳則用于控制LIN引腳的輸出狀態(tài)，工作時(shí)，這兩引腳的狀態(tài)始終保持一致。而RX引腳則可用來顯示LIN總線的狀態(tài)，LIN總線呈現(xiàn)高電平（隱性）時(shí)，RX為高；反之，LIN總線為低電平（顯性）時(shí)，RX為低。RX輸出為典型的CMOS推挽輸出結(jié)構(gòu)。

由于其特定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)仄苹蛘唠娫催B接失敗時(shí)，將不會(huì)有反向電流從LIN總線進(jìn)入芯片內(nèi)部。MC33399允許Wake引腳輸入高壓?jiǎn)拘眩瑫r(shí)也可用Wake引腳由高到低或由低到高的兩種跳變喚醒，當(dāng)芯片進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)，芯片將記錄下當(dāng)前Wake引腳的狀態(tài)。而當(dāng)電路檢測(cè)到Wake端相反狀態(tài)時(shí)，就認(rèn)為發(fā)生了喚醒事件。此外，芯片還內(nèi)置有噪聲濾波器，它能夠抑制總線高頻噪聲干擾，防止錯(cuò)誤喚醒。

3．2 睡眠喚醒

MC33399可用如下三種方式從睡眠模式中喚醒：

（1）LIN總線喚醒

總線上任一節(jié)點(diǎn)發(fā)送“喚醒幀”，都可使LIN引腳的狀態(tài)由隱性變?yōu)轱@性，以喚醒芯片。喚醒時(shí)，MC33399處于“等待模式”，INH引腳置高電平以激活外部穩(wěn)壓器。此后，MCU上電并將EN引腳置高電平，從而使芯片由“等待模式”進(jìn)入“正常模式”。

（2）內(nèi)部節(jié)點(diǎn)激活喚醒

當(dāng)本地節(jié)點(diǎn)中的MCU發(fā)出指令將EN引腳置高電平時(shí)，芯片也會(huì)進(jìn)入“正常模式”。

（3）通過Wake引腳喚醒

通過在MC33399芯片外部設(shè)置開關(guān)，以使Wake引腳輸入高壓?jiǎn)拘选?br />
4 典型應(yīng)用電路

圖3 是MC33399的典型應(yīng)用電路，該電路采用Wake引腳輸入開關(guān)喚醒方式，其中的5V外部穩(wěn)壓器是可控的。圖中，EN引腳直接與MCM的I/O口相連，用于選擇MC33399的工作狀態(tài)。通信接收引腳RX和發(fā)送引腳TX分別與MCU的串行通信接口（SCI）相應(yīng)連接，以完成通信功能。INH引腳直接接到外部穩(wěn)壓器的控制端，當(dāng)電路正常工作時(shí)，INH引腳輸出高電平，外部穩(wěn)壓器被激活，正常輸出5V電壓給MCU供電；而當(dāng)芯片進(jìn)入睡眠模式時(shí)，INH引腳輸出低電平使外部穩(wěn)壓器禁止，MCU掉電。此外，INH引腳還可通過晶體管連接到MCU的IRQ或者XIRQ引腳產(chǎn)生中斷，此時(shí)外部穩(wěn)壓器應(yīng)選用不可控的。芯片的應(yīng)用方式與圖3類似，只是INH引腳的接法不一致。



由于該電路內(nèi)部在LIN引腳與Vsup引腳集成了上拉電阻和串聯(lián)二極管，所以總線從節(jié)點(diǎn)不需要外置上拉元件。但對(duì)于主節(jié)點(diǎn)，則必須在外部增加1kΩ的上拉電阻器，并且要串聯(lián)一個(gè)二極管以防止電池掉電時(shí)MC33399通過總線上電。

通過Wake引腳外接開關(guān)可為Wake引腳輸入高壓，以將MC33399從睡眠模式中喚西。當(dāng)Wake引腳的輸入電壓超過14V時(shí)，為防止輸入電流過大，必須接入串聯(lián)電阻器來限制瞬時(shí)脈沖電流（阻值一般為33kΩ）。同時(shí)必須注意Wake引腳不得懸空。若不使用該引腳，必須將其接地以防止錯(cuò)誤喚醒。

通過Wake引腳外接開關(guān)可為Wake引腳輸入高壓，以將MC33399從睡眠模式中喚西。當(dāng)Wake引腳的輸入電壓超過14V時(shí)，為防止輸入電流過大，必須接入串聯(lián)電阻器來限制瞬時(shí)脈沖電流（阻值一般為33kΩ）。同時(shí)必須注意Wake引腳不得懸空。若不使用該引腳，必須將其接地以防止錯(cuò)誤喚醒。

5 結(jié)束語

MC33399電路以其完善的性能被廣泛應(yīng)用于汽車車身控制系統(tǒng)。與該電路配合使用的外部穩(wěn)壓器可選用8引腳電路LT1121。實(shí)際上，這兩種芯片將被Freescale公司新的系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC）所代替。