車身控制模塊需求分析與具體方案詳解
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圖3：基于安森美半導(dǎo)體收發(fā)器的典型CAN 電路(圖a)及LIN 電路(圖b)。
在車身控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，需要盡可能地配合降低成本及空間要求，同時(shí)提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期可靠性，故需要提升元器件的集成度。得益于近年來(lái)出現(xiàn)的混合信號(hào)工藝，如安森美半導(dǎo)體的Smart Power 高壓BCD 工藝，高壓模擬電路如今能夠與低壓電路集成起來(lái)，使更高集成度的系統(tǒng)芯片得以開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。如安森美半導(dǎo)體的NCV7440 在同一顆芯片上集成了線性穩(wěn)壓器及CAN 收發(fā)器，
NCV7420 則集成了線性穩(wěn)壓器及LIN 收發(fā)器。這樣的集成有效節(jié)省PCB板空間，可以給MCU單獨(dú)供電，有效遏制其它模塊對(duì)MCU 電源的干擾。
安森美半導(dǎo)體身為全球領(lǐng)先的高性能、高可靠性硅解決方案供應(yīng)商，更為汽車車身控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用推出一款超高集成度的芯片——NCV7462。這款芯片集成了線性穩(wěn)壓器、CAN 收發(fā)器、LIN 收發(fā)器、看門狗(WD)電路、低邊驅(qū)動(dòng)及高邊驅(qū)動(dòng)，將所需外部元件數(shù)量減至極少，僅占用極小的電路板空間，并幫助簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程。
3.1 遙控上鎖及開(kāi)鎖設(shè)計(jì)要求及解決方案
汽車中的遙控上鎖及開(kāi)鎖的應(yīng)用越來(lái)越普及。車身控制模塊使用315 MHz(美國(guó)、日本)或433MHz(歐洲)頻率，通過(guò)高頻接收和發(fā)送來(lái)實(shí)現(xiàn)遙控上鎖及開(kāi)鎖功能。這類應(yīng)用中的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于設(shè)計(jì)阻抗匹配電路，從而使功率損耗降至最低。此類應(yīng)用的通用要求包括低靜態(tài)電流、提供睡眠模式、低發(fā)射功率、高接收靈敏度、低功耗及適宜的頻率范圍等。而安森美半導(dǎo)體的ON-53480 高頻收發(fā)器很好地滿足這些設(shè)計(jì)要求，如靜態(tài)電流低至小于1 μA，帶有喚醒及睡眠檢測(cè)功能，信號(hào)電平僅為10 dBm，接收靈敏度更是低于-100 dBm，且工作電流僅為10 mA，頻率范圍為280 至343 MHz。
3.2 板外大功率負(fù)載驅(qū)動(dòng)及方案比較
車身控制模塊電路板需要為板外的一些大功率負(fù)載供電，這些負(fù)載包括汽車內(nèi)部照明(5 W 及10 W)、單向電機(jī)和汽車?yán)鹊?。一種可選的方案是采用板內(nèi)繼電器。繼電器的線圈屬于感性負(fù)載，而感性負(fù)載在啟動(dòng)時(shí)需要比維持正常工作所需電流大的啟動(dòng)電流，且感性負(fù)載在接通電源或斷開(kāi)電源的瞬間會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)。要驅(qū)動(dòng)繼電器，可以采用安森美半導(dǎo)體的NUD3124、NUD3160 或NCV7608 等繼電器驅(qū)動(dòng)器。
表2：板外大功率負(fù)載驅(qū)動(dòng)方案優(yōu)缺點(diǎn)比較
另一種方案是采用“預(yù)驅(qū)動(dòng)器+MOSFET”來(lái)驅(qū)動(dòng)板外大功率負(fù)載，其中預(yù)驅(qū)動(dòng)器可以采用安森美半導(dǎo)體的NCV7513A，這器件支持并行端口及SPI 端口通信，可編程，提供失效模式檢測(cè)及短路和斷路診斷功能。
第三種方案是采用SmartFET 驅(qū)動(dòng)。這是帶保護(hù)的MOSFET，在MOSFET 基礎(chǔ)上增加了多種功能，如過(guò)壓鉗位、ESD 保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、反壓保護(hù)及高邊和低邊驅(qū)動(dòng)。典型器件如低邊驅(qū)動(dòng)的NCV8401/2/3，及用于高邊驅(qū)動(dòng)(內(nèi)部集成了升壓電路)的NCV8450 和NCV8460 等。這三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表2。
4 應(yīng)用于BCM的其它方案
除了上述板外大功率負(fù)載，汽車應(yīng)用中常見(jiàn)的電動(dòng)后視鏡方面，可以采用安森美半導(dǎo)體的NCV7703 來(lái)驅(qū)動(dòng)其中的轉(zhuǎn)向電機(jī)。這器件提供3 個(gè)半橋輸出，輸出電流為0.6 A，最高達(dá)1 A，并具備自診斷功能，提供低靜態(tài)電流、SPI 通信及低壓/過(guò)壓/過(guò)溫保護(hù)等特性。
此外，車身控制模塊需要采集車門、車鎖、組合開(kāi)關(guān)等數(shù)十個(gè)信號(hào)，往往需要擴(kuò)展MCU 的輸入端口，這就需要并行端口轉(zhuǎn)串行端口的邏輯轉(zhuǎn)換芯片，常用的是安森美半導(dǎo)體的8 位移位寄存器MC14021B。
安森美半導(dǎo)體還為組合尾燈提供不同的解決方案。如NCV7680 是一款8 通道低邊恒流驅(qū)動(dòng)器，能以脈寬調(diào)制(PWM)方式設(shè)定尾部行車/剎車電流輸出，而NSI45xx 則是新推出的恒流線性穩(wěn)壓器(CCR)，基于安森美半導(dǎo)體待批專利的自偏置晶體管技術(shù)，以低成本、強(qiáng)固等特點(diǎn)提供較高性能，著眼于替代一些汽車尾燈中使用的電阻型驅(qū)動(dòng)器。
5 總結(jié)
應(yīng)用環(huán)境苛刻的車身控制模塊(BCM)對(duì)元器件提出了更高的要求。本文探入探討B(tài)CM 設(shè)計(jì)在電源、車身網(wǎng)絡(luò)及板外大功率負(fù)載驅(qū)動(dòng)等多個(gè)方面的要求，并比較分析了一些領(lǐng)域中不同方案的優(yōu)劣勢(shì)。安森美半導(dǎo)體針身為全球領(lǐng)先的高性能、高能效硅方案供應(yīng)商，針對(duì)車身控制模塊等汽車應(yīng)用提供具有強(qiáng)固保護(hù)特性、高可靠性、低靜態(tài)電流的解決方案，如電源穩(wěn)壓器、總線收發(fā)器、高頻收發(fā)器、繼電器驅(qū)動(dòng)器、預(yù)驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、LED 驅(qū)動(dòng)器及MOSFET 等，幫助設(shè)計(jì)人員為他們的BCM 設(shè)計(jì)選擇更佳的元器件方案，從而在市場(chǎng)上占據(jù)優(yōu)勢(shì)。
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