優(yōu)化車(chē)門(mén)ECU功耗的新概念

在現代汽車(chē)中，電子控制單元（ECU）的數量不斷增長(cháng)?，F代電子零部件增加了許多功能可為駕駛員提供更多的信息和更舒適的環(huán)境，在極大地增強發(fā)動(dòng)機經(jīng)濟效率的同時(shí)，也使汽車(chē)中的電子功耗更高。這個(gè)問(wèn)題在汽車(chē)熄火時(shí)會(huì )比汽車(chē)正常工作時(shí)顯得更加嚴重。當汽車(chē)熄火時(shí)，只有汽車(chē)蓄電池為ECU供電。為了最大限度地保持蓄電池的使用壽命，需要具有在汽車(chē)等待模式時(shí)段節約電力的措施。本文介紹了通常需要持續供電的車(chē)門(mén)模塊功耗的優(yōu)化策略。

在現代汽車(chē)中有多達70個(gè)ECU，從大的發(fā)動(dòng)機管理設備到微小的雨刷傳感器（Rain Sensor）控制設備。當汽車(chē)處于非工作模式時(shí)，并不是所有的電子零部件都需要供電。但在汽車(chē)熄火或汽車(chē)落鎖期間，仍有許多模塊需要供電。例如，必須處理來(lái)自汽車(chē)鑰匙信號的車(chē)身中央控制器（BCU）或者必須反應BCU指令以控制車(chē)門(mén)鎖的車(chē)門(mén)模塊。

由于汽車(chē)空蓄電池在使用一段時(shí)間后會(huì )出現嚴重問(wèn)題，所以大部分汽車(chē)原始設備制造商（OEM）將解決方法轉為對每個(gè)ECU運行的等待電流消耗的要求。他們規定每個(gè)ECU的平均等待電流消耗小于300μA，其中許多原始設備制造商甚至還將這種電流消耗要求在100μA以下。這種電流預算必須根據不同ECU元件進(jìn)行區分。例如，車(chē)門(mén)模塊的主要元件是MCU和系統基礎芯片，包括電壓調節器、通信總線(xiàn)的物理接口和看門(mén)狗，其任務(wù)是隨時(shí)找到不同設備之間的最佳功率分配。

根據車(chē)門(mén)模塊的功能不同，優(yōu)化任務(wù)的解決方案也有所不同。通常，車(chē)門(mén)模塊控制車(chē)窗升降、電子后視鏡、車(chē)門(mén)鎖和駕駛員發(fā)出指令的鍵區。此外，它還處理BCU的通信，并在很多情況下將信息傳遞給后車(chē)門(mén)模塊。當汽車(chē)熄火時(shí)，車(chē)門(mén)模塊仍然必須接收鍵區輸入的指令，處理來(lái)自BCU的數據，使其通過(guò)CAN或LIN總線(xiàn)傳輸。為了管理這些任務(wù)，它必須定期進(jìn)入工作模式，以便讀取鍵區的狀態(tài)、觸發(fā)看門(mén)狗。根據結果，整個(gè)ECU必須進(jìn)入全工作模式或返回電流節約模式。

圖1詳細地說(shuō)明了所有階段的不同電流。平均系統電流消耗IAverage是由循環(huán)時(shí)間Tsum、系統在工作模式中運行的時(shí)間長(cháng)短以及電流IRun和IStop各自的數值決定的?？傊?，車(chē)門(mén)模塊有兩種最大限度降低IAverage的主要方法。

方法1：關(guān)閉MCU電源。在這種情況下，系統基礎芯片處理循環(huán)喚醒。它將打開(kāi)MCU電源，讓MCU檢查上述任務(wù)，并讓MCU決定返回這種狀態(tài)或者停留在完全工作模式中。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是當SBC消耗睡眠電流時(shí)，MCU的電源已經(jīng)完全關(guān)閉。弱點(diǎn)就是MCU必須定期喚醒，包括非常費電的振蕩器的啟動(dòng)。而且，振動(dòng)器在啟動(dòng)階段對晶振的壓力特別大，會(huì )影響其使用壽命。

方法2：低功耗模式中的MCU。在該方法中，MCU進(jìn)入低功耗模式，但需要一直供電。MCU定期喚醒，執行必要任務(wù)并相應做出反應。這種方法的弱點(diǎn)就是SBC和MCU仍然需要一直供電。其優(yōu)點(diǎn)是可以更快速地喚醒MCU，并根據MCU的功能，完全消除喚醒階段所用的時(shí)間。

除了降低電流IRun和IStop數值外，更重要的是最大程度地減少MCU在全工作模式中運行的時(shí)間TRun。該參數的主要組成部分是振蕩器啟動(dòng)時(shí)間Tos和穩定性檢查時(shí)間Tosc。飛思卡爾S12X系列是專(zhuān)為停止模式之后的快速啟動(dòng)設計的，其獨特功能是幾乎可將Tosc和Tosc降低為零（實(shí)際約為50μs）。當其他MCU必須使用外部晶振低頻率振蕩器來(lái)引發(fā)定期中斷時(shí)，S12X可以使用內置RC振蕩器來(lái)引發(fā)API（自動(dòng)定期中斷）。使用S12X快速喚醒功能，可從內部PLL振蕩器啟動(dòng)S12X，無(wú)需花費數毫秒時(shí)間來(lái)啟動(dòng)基于外部晶振的振蕩器時(shí)鐘。因此，采用S12X的獨特功能，幾乎消除了MCU需要全工作電流期間的啟動(dòng)時(shí)間。使用這種方法，平均等待電流也大大降低。

為了證明采用這種方法能夠節約電源，對現實(shí)生活中的實(shí)例進(jìn)行了評估。圖2顯示了普通系統基礎芯片（SBC）系統電流和S12X 車(chē)門(mén)系統電流在不同喚醒方法和圖1中顯示的時(shí)間參數：

方法1：SBC定期喚醒MCU，MCU在Tstop期間不需要供電。

方法2(a)：MCU需要持續供電，快速喚醒啟動(dòng)。在這種情況下，MCU采用內部PLL振蕩器啟動(dòng)。

方法2(b)：MCU需要持續供電，但快速喚醒關(guān)閉。在這種情況下，MCU采用晶體振蕩器啟動(dòng)。

可以很清晰地看到，方法2(b)的設置無(wú)論如何都需要最大電流，因此對于車(chē)門(mén)模式來(lái)說(shuō)，它不是最好的解決方案。方法2(a)為T(mén)sum提供了小于180ms的最低電流消耗。只要Tsum不大于180ms，關(guān)閉MCU電源執行SBC定期喚醒的方法1將是最大程度降低功耗的最佳選擇。

對于車(chē)門(mén)模塊來(lái)說(shuō)，MCU必須檢查狀態(tài)變化的時(shí)間Tsum(通常為20ms～60ms)，這也取決于實(shí)施情況。采用S12X的獨特API和快速喚醒功能，可以達到最小平均系統電流和電源節約最佳值，這不需要增加任何外部組件及降低性能或增加成本。因此，飛思卡爾S12X系列提供了將等待電流降至最小值的獨特功能。當功耗成為汽車(chē)原始設備制造商的一種選擇標準時(shí)，S12X系列就為消費者提供了無(wú)需增加費用就能在這個(gè)非常重要的方面（功耗）區分原始設備制造商的機會(huì )，并大大提高了原始設備制造商在上述應用領(lǐng)域贏(yíng)得商機的機會(huì )。

發(fā)動(dòng)機關(guān)閉時(shí)的低電流消耗是持續供電的汽車(chē)ECU對原始設備制造商的重要要求。例如，車(chē)門(mén)模塊制造商正面臨著(zhù)平均等待電源使用越來(lái)越苛刻的要求。本文說(shuō)明了如何通過(guò)最大程度地降低電流功耗和MCU的喚醒時(shí)間來(lái)優(yōu)化平均系統電流的方法。S12X內部RC-振蕩器可用于自動(dòng)定期中斷的計時(shí)，以便循環(huán)喚醒MCU。RC-振蕩器的功能與S12X快速喚醒功能一起使用，可為用戶(hù)提供保持車(chē)門(mén)模塊應用最小功耗的最有效方法。