隨著汽車車身控制應(yīng)用復(fù)雜性的不斷提高,對16位微控制器(MCU)的性能要求也越來越高。以前曾用機械方法控制的門控、座椅調(diào)節(jié)、車內(nèi)照明和空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)在都改成了電子控制。許多半導(dǎo)體廠商包括摩托羅拉公司所提供的大量專用半導(dǎo)體解決方案使這些新的電子控制應(yīng)用成為可能。這些新的解決方案不僅提供了必要的控制功能,還提供了舊機械系統(tǒng)所不能提供的高級診斷能力。消費者希望新型汽車中的控制系統(tǒng)能及時對車內(nèi)發(fā)生的任何系統(tǒng)工作故障發(fā)出報警信息。
本文主要介紹摩托羅拉公司的MC9S12DP25616位MCU和若干個外圍IC產(chǎn)品,這些產(chǎn)品專為適應(yīng)汽車系統(tǒng)中常見的惡劣環(huán)境而設(shè)計,此外,還詳細(xì)討論這些產(chǎn)品提供的高級診斷功能。
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(dǎo)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(dǎo)體器件可以提供所必須的系統(tǒng)電壓,它內(nèi)部有一個低噪聲的200mA整流器用來給外圍設(shè)備供電。另外,還有一個控制外部導(dǎo)通晶體管的裝置用來給外圍設(shè)備供電。這個外部導(dǎo)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,并以次達到減低功耗的目的。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(dāng)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攝氏度時會輸出告警信號。SBC還能提供低功耗的休眠模式,該模式下系統(tǒng)電流能減至40uA。
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能或地的保護。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(biāo)準(zhǔn)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)對瞬間干擾的保護。同樣,所有輸入端都具備電池反接、跳啟和負(fù)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地使用,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(fù)載的供電電源使用,例如傳感器、LED或MOSFET門等負(fù)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,該方法能減少系統(tǒng)布線和故障模式。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。該器件能提供先進的開關(guān)診斷功能,并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(fù)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(rèn)后就必須考慮輸出系統(tǒng)。許多汽車
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