安森美半導(dǎo)體車載網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案

　　為了滿足人們對(duì)汽車性能和功能的更高要求，制造商爭(zhēng)相在汽車設(shè)計(jì)中運(yùn)用先進(jìn)電子控制技術(shù)。隨著汽車內(nèi)部信息交換量的急劇增加，采用多路傳輸方式的車載串行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。目前，CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）協(xié)議已成為車載網(wǎng)絡(luò)（IVN）協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)。除了CAN網(wǎng)絡(luò)，業(yè)界還開發(fā)了針對(duì)低成本應(yīng)用的汽車串行協(xié)議LIN（本地互連網(wǎng)絡(luò)）總線，以支持車內(nèi)分層式網(wǎng)絡(luò)。

　　作為具備豐富汽車專業(yè)知識(shí)的領(lǐng)先汽車半導(dǎo)體解決方案供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體廣泛的汽車元器件組合為車載網(wǎng)絡(luò)提供了各種優(yōu)化解決方案，包括獨(dú)立的LIN收發(fā)器、獨(dú)立的CAN收發(fā)器、系統(tǒng)級(jí)芯片，以及FlexRayTM 收發(fā)器等，為汽車制造商提高汽車電子系統(tǒng)的性能提供了多種選擇。

車載網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)

　　隨著汽車技術(shù)的發(fā)展以及電子技術(shù)和控制技術(shù)在汽車上的大量應(yīng)用，汽車中的電子控制模塊越來越多，已由原來的幾個(gè)發(fā)展到現(xiàn)在的幾十個(gè)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式已不能滿足模塊之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。在汽車控制系統(tǒng)中日漸普及的CAN有助于高速傳輸汽車控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并使汽車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單。

　　目前，CAN協(xié)議及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已被全球汽車廠商普遍采用。CAN協(xié)議明確定義了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的內(nèi)容。CAN具有十分優(yōu)越的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)性能、功耗及電子控制單元（ECU）成本的優(yōu)化，有利于實(shí)現(xiàn)車身控制模塊、車內(nèi)溫度控制、座椅控制、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（EPS）、自適應(yīng)照明、雨量/光強(qiáng)傳感器、泊車輔助及傳輸模塊等廣泛的車載應(yīng)用。

　　LIN則是一種低成本的串行通信網(wǎng)絡(luò)，用來實(shí)現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN的目標(biāo)是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)（例如CAN總線）提供輔助功能，因此LIN總線是一種輔助的總線網(wǎng)絡(luò)。在不需要CAN總線的帶寬及多功能的場(chǎng)合（如智能傳感器和制動(dòng)裝置之間的通信）使用LIN總線可以大大節(jié)省成本。

安森美半導(dǎo)體的車載網(wǎng)絡(luò)解決方案

　　目前，汽車制造商都在利用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的接口連接分布式系統(tǒng)。安森美半導(dǎo)體提供了一系列創(chuàng)新的車載網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品組合，包括CAN、LIN和FlexRay收發(fā)器，這些產(chǎn)品均獲得了AEC和TS16949認(rèn)證。該公司還提供集成了穩(wěn)壓器、驅(qū)動(dòng)器、收發(fā)器和監(jiān)控功能等其他電路的系統(tǒng)級(jí)芯片。圖1是LIN和CAN總線連接的典型系統(tǒng)劃分及安森美半導(dǎo)體的典型器件。

圖1：LIN和CAN總線連接的典型系統(tǒng)劃分

　　1. 獨(dú)立的CAN收發(fā)器

　　最新一代的CAN收發(fā)器可實(shí)現(xiàn)業(yè)界領(lǐng)先的靜電放電（ESD）和抗電磁干擾（EMI）能力。安森美半導(dǎo)體的這類器件采用了經(jīng)過驗(yàn)證的創(chuàng)新I3T技術(shù)，能夠提供非常堅(jiān)固耐用的高品質(zhì)元件，測(cè)得的故障率為十億分之幾（ppb）。

　　安森美半導(dǎo)體的NCV7341是一款CAN收發(fā)器，可作為CAN協(xié)議控制器和物理總線間的接口，用于12 V和24 V系統(tǒng)。NCV7341為總線提供差分傳輸功能，具有很好EMI能力的高共模范圍差分接收器可為CAN控制器提供強(qiáng)大的差分接收能力。當(dāng)移除電源后，NCV7341具有理想的無源特性，完全符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，速率高達(dá)1 Mb。如果使用分裂終端（Split Termination）電壓源，其VSPLIT（分裂終端電壓）引腳可穩(wěn)定閑置總線電平，進(jìn)一步改善電磁輻射（EME）性能。該器件的總線拓?fù)涔δ茏疃嗫蛇B接110個(gè)節(jié)點(diǎn)，數(shù)字接口獨(dú)立的VIO（輸入輸出電壓）電源有助于不同電源供電的CAN控制器和微控制器（MCU）的通信，因此廣泛用于汽車和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。此外，針對(duì)汽車環(huán)境瞬態(tài)保護(hù)的總線引腳、VSPLIT引腳短路保護(hù)及熱保護(hù)使該器件成為了汽車應(yīng)用的理想選擇。圖2是采用NCV7341的5V CAN控制器應(yīng)用的電路圖。

圖2：采用NCV7341的5V CAN控制器應(yīng)用電路圖

　　2. 獨(dú)立的LIN收發(fā)器

　　LIN總線通信與控制裝置的數(shù)據(jù)速率較低（最高20 kBaud），主要用于門鎖、后視鏡、汽車座椅和天窗等非時(shí)間關(guān)鍵功能的應(yīng)用。LIN總線協(xié)議的每個(gè)節(jié)點(diǎn)只使用單線，可最大限度地降低布線成本。LIN總線的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含一個(gè)從MCU狀態(tài)機(jī)，能夠識(shí)別和轉(zhuǎn)換針對(duì)特定功能的指令。這類產(chǎn)品均符合美國(guó)（SAE J2602-2）和歐洲（LIN物理層規(guī)范2.1修訂版）的標(biāo)準(zhǔn)。

　　安森美半導(dǎo)體功能豐富的LIN收發(fā)器NCV7321可在低數(shù)據(jù)速率的IVN應(yīng)用中作為L(zhǎng)IN協(xié)議控制器與物理總線之間的接口。NCV7321具備極佳的EMC特性，以及高達(dá)13 kV的強(qiáng)固系統(tǒng)級(jí)ESD性能，不需要外部ESD元件，功耗也很低，非常適合嚴(yán)苛的汽車應(yīng)用環(huán)境。圖3是獨(dú)立的LIN收發(fā)器NCV7321框圖。

圖3：獨(dú)立的LIN收發(fā)器NCV7321

　　NCV7321采用安森美半導(dǎo)體創(chuàng)新的I3T技術(shù)及智能電源技術(shù)，使高壓及敏感的數(shù)字技術(shù)能夠共存于同一個(gè)芯片。它為客戶提供了符合現(xiàn)有LIN收發(fā)器規(guī)范的替代產(chǎn)品。該器件采用高密度、節(jié)省空間的SOIC-8封裝，典型應(yīng)用包括多種車身電子功能和舒適功能應(yīng)用，如遙控車門接收器、車窗和遮陽罩升降器、報(bào)警器、電動(dòng)視鏡及座椅調(diào)節(jié)器，以及電子轉(zhuǎn)向鎖和輪胎監(jiān)測(cè)電子控制單元（ECU）等其他功能。圖4是基于安森美半導(dǎo)體NCV7321的典型LIN電路。

圖4：基于安森美半導(dǎo)體NCV7321的典型LIN電路

　　NCV7321的突出特點(diǎn)是最大限度滿足了汽車的省電要求，休眠模式下的電流消耗僅為10μA。其他關(guān)鍵特性包括熱關(guān)閉、模糊短路保護(hù)及45 V負(fù)載突降保護(hù)。值得一提的是，該器件支持-45 V至45 V的電壓范圍，可承受額定5 kV的ESD脈沖，提供了強(qiáng)大的保護(hù)功能。

　　3. 成本優(yōu)化的系統(tǒng)級(jí)芯片

　　安森美半導(dǎo)體利用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)結(jié)合多年集成定制電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，成功開發(fā)了系統(tǒng)級(jí)芯片（SBC）產(chǎn)品組合。這些系統(tǒng)級(jí)芯片集成了關(guān)鍵系統(tǒng)元件，如在ECU內(nèi)提供的LIN、CAN和穩(wěn)壓器，可有效提高系統(tǒng)可靠性，降低功耗，節(jié)省電路板空間。通過汽車行業(yè)認(rèn)證的線性穩(wěn)壓器具有極低的靜態(tài)電流和寬線性穩(wěn)壓能力，均具備短路保護(hù)和過溫保護(hù)，可用于電池負(fù)載突降瞬態(tài)保護(hù)或電源后穩(wěn)壓；低RDS（on）MOSFET具備高電流能力和低柵極電荷；采用自保護(hù)MOSFET的集成電路元件可取代繼電器和保險(xiǎn)絲驅(qū)動(dòng)電磁線圈和燈；消除反向恢復(fù)振蕩的高壓整流器可提供低正向壓降，提高效率；具有瞬態(tài)電壓保護(hù)功能的高可靠電子模塊可實(shí)現(xiàn)I/O和傳感器保護(hù)、負(fù)載突降保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線保護(hù)和負(fù)載開關(guān)保護(hù)。圖5是安森美半導(dǎo)體的NCV7420/25 LIN-SBC框圖。

圖5：安森美半導(dǎo)體的NCV7420/25 LIN-SBC框圖

　　安森美半導(dǎo)體的NCV7420和NCV7425分別集成了50 mA穩(wěn)壓器、150 mA穩(wěn)壓器及LIN收發(fā)器，可有效節(jié)省PCB空間，又可為MCU單獨(dú)供電，有效抑制其他模塊對(duì)MCU電源的干擾，應(yīng)用成本也很低。

　　除此之外，安森美半導(dǎo)體還在開發(fā)用于車載網(wǎng)絡(luò)的FlexRay v3.0器件產(chǎn)品組合，預(yù)計(jì)不久將投放市場(chǎng)。符合V3.0規(guī)范的收發(fā)器將為汽車制造商提供更強(qiáng)的流水線錯(cuò)誤檢測(cè)、更快的誤差控制等功能。下一代FlexRay產(chǎn)品的目標(biāo)是更加強(qiáng)大的功能，進(jìn)一步改善EMC和提高集成度，從而優(yōu)化系統(tǒng)成本。

總結(jié)

　　作為提供汽車應(yīng)用高能效半導(dǎo)體解決方案的領(lǐng)先供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)和豐富的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)出各種汽車元器件，包括高電壓接口、智能電源管理、車載網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)級(jí)集成和傳感器接口等。

　　由于汽車電子含量越來越多，電磁兼容性已成為一個(gè)不容忽視的問題；車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要具有更好抗ESD脈沖和抗EMI的能力。安森美半導(dǎo)體提供的一流器件采用I3T50/I3T80技術(shù)，如深溝道隔離工藝，降低了芯片上不同單元結(jié)構(gòu)之間的干擾。除了具備先進(jìn)的功能，這些器件還能滿足汽車行業(yè)制定的相應(yīng)性能標(biāo)準(zhǔn)，有助于汽車制造商實(shí)現(xiàn)可靠穩(wěn)固的設(shè)計(jì)。