當今汽車中的供電連接方案

當代高級汽車，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)動器信息系統(tǒng)領(lǐng)域更要整合多種技術(shù)來增強汽車安全性，通信功能、方便性以及娛樂性。這些技術(shù)涉及動態(tài)導(dǎo)航、無線連接/因特網(wǎng)接入、語音處理、汽車收音機、虛擬儀表面板、防撞系統(tǒng)等等。通過這些電子裝置，汽車與車內(nèi)系統(tǒng)、其它汽車，驅(qū)動器和擴充通信網(wǎng)絡(luò)相互作用，并支持多種車內(nèi)應(yīng)用。毫無疑問，這些系統(tǒng)也需要一種汽車專用的供電方案。

汽車總線

汽車復(fù)雜電子裝置的先驅(qū)是引擎控制系統(tǒng)。它經(jīng)過擴充后目前稱為動力鏈(Power-Train)系統(tǒng)，其中包含了傳輸控制和高級車內(nèi)診斷功能。車用動力鏈總線既要高速度，又要具有經(jīng)濟實用的數(shù)據(jù)傳輸能力。

如表1所示，SAE最初定義了低、中、高速三類數(shù)據(jù)通信汽車網(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體系結(jié)構(gòu)。



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

CAN 具有低、高速兩種實施方案，使用不同電壓在一對導(dǎo)線上進行通信，通常稱為高速物理層和低速物理層。當兩根導(dǎo)線中一根因短路或一路發(fā)生故障時，低速體系結(jié)構(gòu)變?yōu)閱尉€工作體系結(jié)構(gòu)(所謂離線地)。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125Kbps總線速率時，其實施成本是十分昂貴的。因此，125Kbps是高速與低速CAN的分界線。圖1表示CAN支持其它車用網(wǎng)絡(luò)的連接方法。



對某些機動車應(yīng)用，如車體電子系統(tǒng)中的馬達控制，甚至可以使用更低的總線。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)，原是為汽車傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)的。LIN為連接車內(nèi)馬達、開關(guān)、傳感器和車燈提供了一種廉價的網(wǎng)絡(luò)備選方案。LIN主節(jié)點連接LIN網(wǎng)絡(luò)和高級網(wǎng)絡(luò)(如 CAN)，將網(wǎng)絡(luò)的作用一直延伸到每個傳感器和執(zhí)行器(表2)。



在配備齊全時，導(dǎo)線驅(qū)動的系統(tǒng)需要大量的功率。術(shù)語“用導(dǎo)線(by-wire)”表示控制系統(tǒng)已完全取消了機械或液力連接，而在控制單元之間采用電子連接驅(qū)動電機執(zhí)行器。用導(dǎo)線驅(qū)動包括導(dǎo)線調(diào)節(jié)，用導(dǎo)線剎車，用導(dǎo)線變速以及用導(dǎo)線駕駛，特別是對自動停車系統(tǒng)。

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

汽車多媒體接口聯(lián)盟，或 AMI-C，正在制訂移動信息和娛樂系統(tǒng)多媒體標準。AMI-C的主要工作集中在多目標信息和多媒體技術(shù)，想方設(shè)法解決Bluetooth、IEEE- 1394和面向媒體系統(tǒng)傳輸(MOST)基車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的使用。Bluetooth為車輛環(huán)境提供無線連接；IEEEE-1394已在消費類環(huán)境中連接幾種多媒體產(chǎn)品；MOST則是專為汽車視頻和音頻流數(shù)據(jù)開發(fā)的光媒體基協(xié)議。

對上面已討論過的所有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(除LIN外)，要想實現(xiàn)全部系統(tǒng)功能需要功能更強的微處理器。

電源的特殊要求

在汽車應(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。兩個突出的例子是物理層電源要求和高級微處理要求的多種電壓加電順序。

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



MC33389將低速容錯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的電流負載能力。IC還設(shè)有限流器和預(yù)報警的過溫檢測器，以及5V輸出電壓V1穩(wěn)壓器，V1自帶監(jiān)測電路和復(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)，并能訪問低速125K波特率容錯CAN接口。芯片的直流工作電壓高達27V，并能承愛40V最大瞬時電壓。此外，IC可在汽車極限應(yīng)用的-40℃~125℃溫度范圍內(nèi)工作。