當(dāng)今汽車(chē)中的供電連接方案

當(dāng)代高級(jí)汽車(chē)，為了追求高性能，低油耗，低幅射，提高舒適性、方便性和安全性，需要配備大量的電子裝置。每種新型車(chē)輛系統(tǒng)或電氣功能的出現(xiàn)都伴隨著連接性的增加。新興的信息通信和驅(qū)動(dòng)器信息系統(tǒng)領(lǐng)域更要整合多種技術(shù)來(lái)增強(qiáng)汽車(chē)安全性，通信功能、方便性以及娛樂(lè)性。這些技術(shù)涉及動(dòng)態(tài)導(dǎo)航、無(wú)線(xiàn)連接/因特網(wǎng)接入、語(yǔ)音處理、汽車(chē)收音機(jī)、虛擬儀表面板、防撞系統(tǒng)等等。通過(guò)這些電子裝置，汽車(chē)與車(chē)內(nèi)系統(tǒng)、其它汽車(chē)，驅(qū)動(dòng)器和擴(kuò)充通信網(wǎng)絡(luò)相互作用，并支持多種車(chē)內(nèi)應(yīng)用。毫無(wú)疑問(wèn)，這些系統(tǒng)也需要一種汽車(chē)專(zhuān)用的供電方案。

汽車(chē)總線(xiàn)

汽車(chē)復(fù)雜電子裝置的先驅(qū)是引擎控制系統(tǒng)。它經(jīng)過(guò)擴(kuò)充后目前稱(chēng)為動(dòng)力鏈(Power-Train)系統(tǒng)，其中包含了傳輸控制和高級(jí)車(chē)內(nèi)診斷功能。車(chē)用動(dòng)力鏈總線(xiàn)既要高速度，又要具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用的數(shù)據(jù)傳輸能力。

如表1所示，SAE最初定義了低、中、高速三類(lèi)數(shù)據(jù)通信汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)?？刂破骶钟蚓W(wǎng)(CAN)和SAE J-1850一直占據(jù)著主流地位，但也不是唯一的總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu)。



SAE J-1850包含了最初由全部三家美國(guó)汽車(chē)制造商開(kāi)發(fā)的各種版本。CAN是一種串行、異步、多主通信協(xié)議，用來(lái)連接汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用的電子控制模塊。CAN是為需要高級(jí)數(shù)據(jù)整合和高達(dá)1Mbps數(shù)據(jù)率汽車(chē)應(yīng)用設(shè)計(jì)的。

CAN 具有低、高速兩種實(shí)施方案，使用不同電壓在一對(duì)導(dǎo)線(xiàn)上進(jìn)行通信，通常稱(chēng)為高速物理層和低速物理層。當(dāng)兩根導(dǎo)線(xiàn)中一根因短路或一路發(fā)生故障時(shí)，低速體系結(jié)構(gòu)變?yōu)閱尉€(xiàn)工作體系結(jié)構(gòu)(所謂離線(xiàn)地)。由于電路需要具備這一功能的緣故，這種體系結(jié)構(gòu)在超過(guò)125Kbps總線(xiàn)速率時(shí)，其實(shí)施成本是十分昂貴的。因此，125Kbps是高速與低速CAN的分界線(xiàn)。圖1表示CAN支持其它車(chē)用網(wǎng)絡(luò)的連接方法。



對(duì)某些機(jī)動(dòng)車(chē)應(yīng)用，如車(chē)體電子系統(tǒng)中的馬達(dá)控制，甚至可以使用更低的總線(xiàn)。本地互連網(wǎng)(LIN)是一種UART基、單主、多從網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，原是為汽車(chē)傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的。LIN為連接車(chē)內(nèi)馬達(dá)、開(kāi)關(guān)、傳感器和車(chē)燈提供了一種廉價(jià)的網(wǎng)絡(luò)備選方案。LIN主節(jié)點(diǎn)連接LIN網(wǎng)絡(luò)和高級(jí)網(wǎng)絡(luò)(如 CAN)，將網(wǎng)絡(luò)的作用一直延伸到每個(gè)傳感器和執(zhí)行器(表2)。



在配備齊全時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)需要大量的功率。術(shù)語(yǔ)“用導(dǎo)線(xiàn)(by-wire)”表示控制系統(tǒng)已完全取消了機(jī)械或液力連接，而在控制單元之間采用電子連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行器。用導(dǎo)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)包括導(dǎo)線(xiàn)調(diào)節(jié)，用導(dǎo)線(xiàn)剎車(chē)，用導(dǎo)線(xiàn)變速以及用導(dǎo)線(xiàn)駕駛，特別是對(duì)自動(dòng)停車(chē)系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)這類(lèi)高功率控制系統(tǒng)，需要一種容錯(cuò)的、時(shí)間觸發(fā)的體系結(jié)構(gòu)。目前，在這個(gè)領(lǐng)域爭(zhēng)奪領(lǐng)導(dǎo)地位的有三種協(xié)議。Flex Ray采用光纖，當(dāng)然也能在銅線(xiàn)上工作，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)10Mbps。另一類(lèi)是TTP(時(shí)間觸發(fā)協(xié)議)使用銅線(xiàn)，數(shù)據(jù)率僅2Mbps，但Vienna大學(xué)的研究人員正在開(kāi)展使用光纖的探索。第三種協(xié)議TT-CAN，既支持“時(shí)間觸發(fā)”應(yīng)用，也支持“事件觸發(fā)”應(yīng)用。

汽車(chē)多媒體接口聯(lián)盟，或 AMI-C，正在制訂移動(dòng)信息和娛樂(lè)系統(tǒng)多媒體標(biāo)準(zhǔn)。AMI-C的主要工作集中在多目標(biāo)信息和多媒體技術(shù)，想方設(shè)法解決Bluetooth、IEEE- 1394和面向媒體系統(tǒng)傳輸(MOST)基車(chē)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的使用。Bluetooth為車(chē)輛環(huán)境提供無(wú)線(xiàn)連接；IEEEE-1394已在消費(fèi)類(lèi)環(huán)境中連接幾種多媒體產(chǎn)品；MOST則是專(zhuān)為汽車(chē)視頻和音頻流數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)的光媒體基協(xié)議。

對(duì)上面已討論過(guò)的所有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(除LIN外)，要想實(shí)現(xiàn)全部系統(tǒng)功能需要功能更強(qiáng)的微處理器。

電源的特殊要求

在汽車(chē)應(yīng)用中，多種電源電壓和寬溫度范圍內(nèi)電壓精度亟需特殊的電源電路。兩個(gè)突出的例子是物理層電源要求和高級(jí)微處理要求的多種電壓加電順序。

簡(jiǎn)單的物理層器件未必能勝任某些汽車(chē)應(yīng)用。例如，所有汽車(chē)模塊要求使用穩(wěn)壓電源。有時(shí)，一個(gè)本地開(kāi)關(guān)或傳感器會(huì)將模塊喚醒，從休眠狀態(tài)進(jìn)入有源工作狀態(tài)。該開(kāi)關(guān)或傳感器是以車(chē)輛電池工作的。為了簡(jiǎn)化車(chē)輛中物理層應(yīng)用的電源設(shè)計(jì)，已研制出專(zhuān)用的電源IC，如Motorola的系統(tǒng)偏壓芯片(SBC)族。其中 MC33389兼?zhèn)淦?chē)CAN連接的CAN物理層功能和穩(wěn)壓器功能，內(nèi)置獨(dú)立的看門(mén)狗定時(shí)器和本地喚醒電路，以最少元件求得最大的靈活性(圖2)。在一個(gè)封裝內(nèi)組合這些功能需要先進(jìn)的混合信號(hào)半導(dǎo)體工藝，如Motorola的SmARTMOSTM工藝。集成化設(shè)計(jì)降低了組裝成本，提高了可靠性，還增加了設(shè)計(jì)的靈活性。



MC33389將低速容錯(cuò)CAN收發(fā)器和雙低壓降穩(wěn)壓器組合在一起，穩(wěn)壓器分別具有100mA和200mA的電流負(fù)載能力。IC還設(shè)有限流器和預(yù)報(bào)警的過(guò)溫檢測(cè)器，以及5V輸出電壓V1穩(wěn)壓器，V1自帶監(jiān)測(cè)電路和復(fù)位功能。

IC提供脫離CAN接口工作模式的三種工作模式(正常、備用和休眠)，并能訪問(wèn)低速125K波特率容錯(cuò)CAN接口。芯片的直流工作電壓高達(dá)27V，并能承愛(ài)40V最大瞬時(shí)電壓。此外，IC可在汽車(chē)極限應(yīng)用的-40℃~125℃溫度范圍內(nèi)工作。