適合LIN總線控制車門區(qū)域應(yīng)用的高級電源管理器件
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
新型汽車為駕乘人員提供了越來越多的舒適性和便利性：這些特性進一步豐富了車頂和車門區(qū)域控制、HVAC系統(tǒng)、雨刮器和座椅控制、照明控制系統(tǒng)等的電子功能。
在汽車舒適性電子產(chǎn)品中，車門區(qū)域模塊(DZM)已經(jīng)成為得到廣泛認(rèn)可的解決方案：一個典型的模塊負(fù)責(zé)控制電動窗、外視鏡(包括加熱部件和用于x-y位置調(diào)整和折疊的電機)、門鎖、擱腳處/外部照明以及轉(zhuǎn)向指示燈。圖1顯示了當(dāng)前在路面上行駛的各種汽車中所見到的標(biāo)準(zhǔn)高端前門模塊的典型系統(tǒng)架構(gòu)。
在這些模塊的內(nèi)部還包含電源管理功能和一個收發(fā)器。一般需要用后者“喚醒”DZM模塊，并識別點火鎖的鑰匙以及通常的診斷通信。根據(jù)成本和技術(shù)要求，收發(fā)器可以是CAN或LIN。隨著對前門的速度、控制和診斷復(fù)雜性要求的增加，并基于高速或車體要求，大多數(shù)情況會選用CAN總線。而后門電子器件明顯趨向于LIN，因為后門的功能種類明顯減少。最終使用LIN可以降低模塊成本，這也是車身應(yīng)用中主要的驅(qū)動因素之一(如圖2所示)。
車門區(qū)域非常緊湊，對空間的約束很苛刻：門體容易受到強烈的震動影響、空間狹小、工廠的工人不方便操作。此外，能布署到門的線束需要受到限制，因為門與車體是分離的。盡管有這些限制，功能的數(shù)量還是在不斷地增加；如果考慮到車鏡，這些約束會更嚴(yán)格。為降低成本，門模塊特定功能的實現(xiàn)需要一定的靈活性，可以根據(jù)特殊用戶規(guī)范進行裁剪。例如，汽車制造商可能規(guī)定一個或者兩個發(fā)動機鎖，帶或不帶折疊鏡。其他的變化取決于車輛劃分以及載荷在前門和后門之間的分布。
ST是這種特殊應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)，提供了一系列令人印象深刻的器件，這些器件目前基本表征了這些特殊的汽車產(chǎn)品。ST公司的系統(tǒng)級芯片技術(shù)可以實現(xiàn)具有高集成度的復(fù)雜汽車方案，例如完整的車門模塊器件L9950就能提供高端前門需要的大部分功能。L9950傳動裝置驅(qū)動器可以用來控制車鏡的調(diào)整、折疊和展開，而高級車鎖系統(tǒng)可以用來驅(qū)動門鎖和發(fā)動機鎖定。還有五個內(nèi)部的高端驅(qū)動器可以用來控制不同的負(fù)載，例如照明燈、LED和車鏡除霜器。復(fù)雜的診斷算法允許通過讀取折疊器、車鎖電機和除霜器信息來監(jiān)控數(shù)字和模擬負(fù)載狀態(tài)，并做出正確響應(yīng)。所有負(fù)載的狀態(tài)都可以通過標(biāo)準(zhǔn)的SPI來訪問，并通過一個可編程的電流監(jiān)控器輸出。
圖1：當(dāng)前在路面上行駛的各種汽車中所見到的標(biāo)準(zhǔn)高端前門模塊的典型系統(tǒng)架構(gòu)圖。
圖2：針對車門區(qū)域應(yīng)用的典型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
ST公司全系列產(chǎn)品中還包含不同的產(chǎn)品型號(L9951、L9953和L9954)，它們都可接受SPI驅(qū)動，并具有不同的輸出配置。這些器件在管腳和軟件上完全兼容，適合于后門或中端的前門，全部采用PowerSSO-36封裝，并具有以下一些優(yōu)勢：
- 傳動裝置驅(qū)動器系列可覆蓋各種前門型號；
- 靈活的系列方法；
- 硬件(HW)兼容性/管腳到管腳；
- 軟件(SW)兼容性；
- 器件可以使用相同的軟件進行改變；
- 所有的物理管腳/輸出都可以通過相同的SPI位控制；
- 可以通過相同的狀態(tài)位指示來自相同物理管腳/輸出的每個診斷信息；
- 同樣的PCB可以用于不同型號車門；
- 可以用相應(yīng)驅(qū)動器在客戶的生產(chǎn)線上加以定義；
- 用戶側(cè)只需要開發(fā)、驗證和維護一塊PCB。
在優(yōu)化模塊的電流吸收特性時需要特別注意，尤其是在汽車沒有啟動時(點火鑰匙處于關(guān)閉狀態(tài))。即使現(xiàn)在先進的穩(wěn)壓器能提供非常低的靜態(tài)電流，最新的BCD器件通過優(yōu)化只消耗很少的電池功率，整個模塊的電流吸收情況也不能滿足汽車制造商最近對整體功耗的要求。要解決這個棘手的問題，需要在電路板上實現(xiàn)專用的、先進的電流吸收控制。這就是為什么ST開發(fā)了全新L9952的原因：它是一個全新的器件，專門設(shè)計用于提供車門模塊的電源管理。
圖3：帶嵌入式LIN收發(fā)器的L9952電源管理器件
這個器件(圖3)自帶兩個具有先進的接觸監(jiān)測和附加外設(shè)功能的低壓差穩(wěn)壓器，并具有以下一些關(guān)鍵性能：
- 5V低壓差穩(wěn)壓器，給微處理器(μC)供電/250mA；
- 5V低壓差穩(wěn)壓器，給外設(shè)供電/100mA；
- 非常低的待機電流； a. VBATT待機時為7μA b. V1待機時為45μA c. 循環(huán)喚醒時為75μA
- 車窗看門狗；
- 故障保護輸出；
- 帶循環(huán)接觸監(jiān)測的喚醒邏輯；
- 兼容LIN2.0和兼容SAEJ2602的物理層；
- 用于模式控制和診斷的24位SPI接口；
- 用于車窗開啟和LED的輸出驅(qū)動繼電器(允許PWM)；
- 所有輸出短路和過溫保護；
- 用于監(jiān)測GND兼容電流的兩個運算放大器；
- 高溫告警和過熱關(guān)斷；
- 欠壓和過壓關(guān)斷。
如上所述，L9952包含用于整個車門區(qū)域模塊的電源管理功能。目的是滿足在不同睡眠模式下所要求的靜態(tài)電流，這是汽車制造商所要求或規(guī)定的。典型值為每個模塊100μA，但要求越來越高，甚至在更多的系統(tǒng)功能下需要達到更低的值，例如循環(huán)讀出接觸狀態(tài)。
L9952的電源管理功能概念用事實加以描述的話，就是μC可以工作在停止或暫停模式，或者甚至可以通過5V電源切換來關(guān)閉。要求接觸狀態(tài)讀出(例如在鎖或車把手內(nèi))通過電源管理器件本身執(zhí)行。因此器件可以工作在循環(huán)模式或靜態(tài)讀出接觸狀態(tài)的配置，具體取決于汽車制造商的標(biāo)準(zhǔn)和目標(biāo)靜態(tài)電流。在進入睡眠模式之前，通過SPI對相應(yīng)的設(shè)置進行編程，然后L9952就可以獨立工作了。循環(huán)接觸電源和讀出的時基在電源管理器件內(nèi)部通過利用一個集成的RC振蕩器自動產(chǎn)生。
此外，用于喚醒輸入的濾波策略(去抖動)可以在不額外使用微控制器的情況下，利用一個內(nèi)部時基得以實現(xiàn)。這對于避免任何因為EMC噪聲產(chǎn)生的喚醒事件來說很重要，因為EMC噪聲在惡劣的汽車環(huán)境中無處不在。如果發(fā)生一個喚醒事件，系統(tǒng)將自動啟動。
如前面所述以及在圖2中顯示的那樣，一個明顯的趨勢是LIN節(jié)點將成為前門以及后門模塊的一個部分。一個方面，由于成本的問題，越來越多的后門通過LIN總線控制，前門作為作為主控節(jié)點，后門設(shè)置為從節(jié)點。另外有個趨勢；用于控制門中不同功能的按鍵板作為一個機電LIN節(jié)點加以實現(xiàn)。因此需要將物理層嵌入進L9952。物理層本身符合LIN2.0標(biāo)準(zhǔn)，并與SAEJ2602標(biāo)準(zhǔn)兼容。
對標(biāo)準(zhǔn)的符合性以及EMC性能已經(jīng)獲得獨立機構(gòu)的認(rèn)證，LIN物理層最初由像大眾、奧迪和戴姆勒克萊斯勒這樣的汽車制造商發(fā)布?？梢栽谥髂Ｊ较屡渲?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/LIN總線">LIN總線，對于前門的實例，前門用作后門的主節(jié)點，或者處于從模式。在主模式中，所需要的上拉電阻可以由可開關(guān)LINUP(LIN上拉)輸出提供，這樣一來，在LIN總線短路到地時可以斷開上拉電阻，從而避免增加靜態(tài)電流。
除了電源管理功能和LIN物理層外，L9952中還嵌入了其它一些功能，也是車門區(qū)域應(yīng)用的特征。目的是利用高集成度和針對典型負(fù)載的最優(yōu)化單控制模塊來降低成本，而不是使用標(biāo)準(zhǔn)器件。使用這種特殊應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)方法可以顯著地減小PCB面積，從而帶來價格方面的優(yōu)勢。需要指出的是，創(chuàng)新不僅僅是在硅片層面通過在單塊硅片上集成不同的功能來實現(xiàn)，還在于像PowerSSO-36這樣新型、高性能、小尺寸和高級電源封裝技術(shù)的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。相比于傳統(tǒng)的塑料封裝，這種裸露焊盤封裝的引入有助于節(jié)省PCB空間，同時提供優(yōu)越的熱性能。
在未來的開發(fā)過程中，CAN也傾向于集成到即將推出的新型電源管理器件內(nèi)，以獲得像傳動裝置驅(qū)動器那樣靈活成功的方法。這是ST公司的ASSP方法在汽車車身應(yīng)用中的自然延續(xù)。因此，業(yè)界共同的目標(biāo)是優(yōu)化系統(tǒng)成本、不斷地減少總的模塊靜態(tài)電流，這是不僅僅在車門區(qū)域應(yīng)用中才會遇到的最具挑戰(zhàn)性的問題。
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