安森美半導體車載網(wǎng)絡優(yōu)化方案

　　為了滿足人們對汽車性能和功能的更高要求，制造商爭相在汽車設計中運用先進電子控制技術。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)絡系統(tǒng)應運而生。目前，CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)絡）協(xié)議已成為車載網(wǎng)絡（IVN）協(xié)議的標準。除了CAN網(wǎng)絡，業(yè)界還開發(fā)了針對低成本應用的汽車串行協(xié)議LIN（本地互連網(wǎng)絡）總線，以支持車內(nèi)分層式網(wǎng)絡。

　　作為具備豐富汽車專業(yè)知識的領先汽車半導體解決方案供應商，安森美半導體廣泛的汽車元器件組合為車載網(wǎng)絡提供了各種優(yōu)化解決方案，包括獨立的LIN收發(fā)器、獨立的CAN收發(fā)器、系統(tǒng)級芯片，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)絡的優(yōu)勢

　　隨著汽車技術的發(fā)展以及電子技術和控制技術在汽車上的大量應用，汽車中的電子控制模塊越來越多，已由原來的幾個發(fā)展到現(xiàn)在的幾十個，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蟆Ｔ谄嚳刂葡到y(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)的設計更為簡單。

　　目前，CAN協(xié)議及其網(wǎng)絡系統(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，可實現(xiàn)性能、功耗及電子控制單元（ECU）成本的優(yōu)化，有利于實現(xiàn)車身控制模塊、車內(nèi)溫度控制、座椅控制、電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）、自適應照明、雨量/光強傳感器、泊車輔助及傳輸模塊等廣泛的車載應用。

　　LIN則是一種低成本的串行通信網(wǎng)絡，用來實現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN的目標是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡（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。在不需要CAN總線的帶寬及多功能的場合（如智能傳感器和制動裝置之間的通信）使用LIN總線可以大大節(jié)省成本。

安森美半導體的車載網(wǎng)絡解決方案

　　目前，汽車制造商都在利用行業(yè)標準的接口連接分布式系統(tǒng)。安森美半導體提供了一系列創(chuàng)新的車載網(wǎng)絡產(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認證。該公司還提供集成了穩(wěn)壓器、驅(qū)動器、收發(fā)器和監(jiān)控功能等其他電路的系統(tǒng)級芯片。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. 獨立的CAN收發(fā)器

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

　　安森美半導體的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控制器提供強大的差分接收能力。當移除電源后，NCV7341具有理想的無源特性，完全符合ISO11898標準，速率高達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，進一步改善電磁輻射（EME）性能。該器件的總線拓撲功能最多可連接110個節(jié)點，數(shù)字接口獨立的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。此外，針對汽車環(huán)境瞬態(tài)保護的總線引腳、VSPLIT引腳短路保護及熱保護使該器件成為了汽車應用的理想選擇。圖2是采用NCV7341的5V CAN控制器應用的電路圖。

圖2：采用NCV7341的5V CAN控制器應用電路圖

　　2. 獨立的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間關鍵功能的應用。LIN總線協(xié)議的每個節(jié)點只使用單線，可最大限度地降低布線成本。LIN總線的每個節(jié)點都包含一個從MCU狀態(tài)機，能夠識別和轉(zhuǎn)換針對特定功能的指令。這類產(chǎn)品均符合美國（SAE J2602-2）和歐洲（LIN物理層規(guī)范2.1修訂版）的標準。

　　安森美半導體功能豐富的LIN收發(fā)器NCV7321可在低數(shù)據(jù)速率的IVN應用中作為LIN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13 kV的強固系統(tǒng)級ESD性能，不需要外部ESD元件，功耗也很低，非常適合嚴苛的汽車應用環(huán)境。圖3是獨立的LIN收發(fā)器NCV7321框圖。

圖3：獨立的LIN收發(fā)器NCV7321

　　NCV7321采用安森美半導體創(chuàng)新的I3T技術及智能電源技術，使高壓及敏感的數(shù)字技術能夠共存于同一個芯片。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，典型應用包括多種車身電子功能和舒適功能應用，如遙控車門接收器、車窗和遮陽罩升降器、報警器、電動視鏡及座椅調(diào)節(jié)器，以及電子轉(zhuǎn)向鎖和輪胎監(jiān)測電子控制單元（ECU）等其他功能。圖4是基于安森美半導體NCV7321的典型LIN電路。

圖4：基于安森美半導體NCV7321的典型LIN電路

　　NCV7321的突出特點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。其他關鍵特性包括熱關閉、模糊短路保護及45 V負載突降保護。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，提供了強大的保護功能。

　　3. 成本優(yōu)化的系統(tǒng)級芯片

　　安森美半導體利用自主知識產(chǎn)權結合多年集成定制電路設計經(jīng)驗，成功開發(fā)了系統(tǒng)級芯片（SBC）產(chǎn)品組合。這些系統(tǒng)級芯片集成了關鍵系統(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，均具備短路保護和過溫保護，可用于電池負載突降瞬態(tài)保護或電源后穩(wěn)壓；低RDS（on）MOSFET具備高電流能力和低柵極電荷；采用自保護MOSFET的集成電路元件可取代繼電器和保險絲驅(qū)動電磁線圈和燈；消除反向恢復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)電壓保護功能的高可靠電子模塊可實現(xiàn)I/O和傳感器保護、負載突降保護、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)線保護和負載開關保護。圖5是安森美半導體的NCV7420/25 LIN-SBC框圖。

圖5：安森美半導體的NCV7420/25 LIN-SBC框圖

　　安森美半導體的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單獨供電，有效抑制其他模塊對MCU電源的干擾，應用成本也很低。

　　除此之外，安森美半導體還在開發(fā)用于車載網(wǎng)絡的FlexRay v3.0器件產(chǎn)品組合，預計不久將投放市場。符合V3.0規(guī)范的收發(fā)器將為汽車制造商提供更強的流水線錯誤檢測、更快的誤差控制等功能。下一代FlexRay產(chǎn)品的目標是更加強大的功能，進一步改善EMC和提高集成度，從而優(yōu)化系統(tǒng)成本。

總結

　　作為提供汽車應用高能效半導體解決方案的領先供應商，安森美半導體運用先進的技術和豐富的研發(fā)經(jīng)驗，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、系統(tǒng)級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不容忽視的問題；車載網(wǎng)絡應用需要具有更好抗ESD脈沖和抗EMI的能力。安森美半導體提供的一流器件采用I3T50/I3T80技術，如深溝道隔離工藝，降低了芯片上不同單元結構之間的干擾。除了具備先進的功能，這些器件還能滿足汽車行業(yè)制定的相應性能標準，有助于汽車制造商實現(xiàn)可靠穩(wěn)固的設計。