適合LIN總線(xiàn)控制車(chē)門(mén)區域應用的高級電源管理器件

　　新型汽車(chē)為駕乘人員提供了越來(lái)越多的舒適性和便利性：這些特性進(jìn)一步豐富了車(chē)頂和車(chē)門(mén)區域控制、HVAC系統、雨刮器和座椅控制、照明控制系統等的電子功能。

　　在汽車(chē)舒適性電子產(chǎn)品中，車(chē)門(mén)區域模塊(DZM)已經(jīng)成為得到廣泛認可的解決方案：一個(gè)典型的模塊負責控制電動(dòng)窗、外視鏡(包括加熱部件和用于x-y位置調整和折疊的電機)、門(mén)鎖、擱腳處/外部照明以及轉向指示燈。圖1顯示了當前在路面上行駛的各種汽車(chē)中所見(jiàn)到的標準高端前門(mén)模塊的典型系統架構。

　　在這些模塊的內部還包含電源管理功能和一個(gè)收發(fā)器。一般需要用后者“喚醒”DZM模塊，并識別點(diǎn)火鎖的鑰匙以及通常的診斷通信。根據成本和技術(shù)要求，收發(fā)器可以是CAN或LIN。隨著(zhù)對前門(mén)的速度、控制和診斷復雜性要求的增加，并基于高速或車(chē)體要求，大多數情況會(huì )選用CAN總線(xiàn)。而后門(mén)電子器件明顯趨向于LIN，因為后門(mén)的功能種類(lèi)明顯減少。最終使用LIN可以降低模塊成本，這也是車(chē)身應用中主要的驅動(dòng)因素之一(如圖2所示)。

　　車(chē)門(mén)區域非常緊湊，對空間的約束很苛刻：門(mén)體容易受到強烈的震動(dòng)影響、空間狹小、工廠(chǎng)的工人不方便操作。此外，能布署到門(mén)的線(xiàn)束需要受到限制，因為門(mén)與車(chē)體是分離的。盡管有這些限制，功能的數量還是在不斷地增加；如果考慮到車(chē)鏡，這些約束會(huì )更嚴格。為降低成本，門(mén)模塊特定功能的實(shí)現需要一定的靈活性，可以根據特殊用戶(hù)規范進(jìn)行裁剪。例如，汽車(chē)制造商可能規定一個(gè)或者兩個(gè)發(fā)動(dòng)機鎖，帶或不帶折疊鏡。其他的變化取決于車(chē)輛劃分以及載荷在前門(mén)和后門(mén)之間的分布。

　　ST是這種特殊應用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的領(lǐng)導企業(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(chē)產(chǎn)品。ST公司的系統級芯片技術(shù)可以實(shí)現具有高集成度的復雜汽車(chē)方案，例如完整的車(chē)門(mén)模塊器件L9950就能提供高端前門(mén)需要的大部分功能。L9950傳動(dòng)裝置驅動(dòng)器可以用來(lái)控制車(chē)鏡的調整、折疊和展開(kāi)，而高級車(chē)鎖系統可以用來(lái)驅動(dòng)門(mén)鎖和發(fā)動(dòng)機鎖定。還有五個(gè)內部的高端驅動(dòng)器可以用來(lái)控制不同的負載，例如照明燈、LED和車(chē)鏡除霜器。復雜的診斷算法允許通過(guò)讀取折疊器、車(chē)鎖電機和除霜器信息來(lái)監控數字和模擬負載狀態(tài)，并做出正確響應。所有負載的狀態(tài)都可以通過(guò)標準的SPI來(lái)訪(fǎng)問(wèn)，并通過(guò)一個(gè)可編程的電流監控器輸出。

圖1：當前在路面上行駛的各種汽車(chē)中所見(jiàn)到的標準高端前門(mén)模塊的典型系統架構圖。

圖2：針對車(chē)門(mén)區域應用的典型網(wǎng)絡(luò )拓撲結構

　　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驅動(dòng)，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(mén)或中端的前門(mén)，全部采用PowerSSO-36封裝，并具有以下一些優(yōu)勢：

1. 傳動(dòng)裝置驅動(dòng)器系列可覆蓋各種前門(mén)型號；
2. 靈活的系列方法；
3. 硬件(HW)兼容性/管腳到管腳；
4. 軟件(SW)兼容性；
5. 器件可以使用相同的軟件進(jìn)行改變；
6. 所有的物理管腳/輸出都可以通過(guò)相同的SPI位控制；
7. 可以通過(guò)相同的狀態(tài)位指示來(lái)自相同物理管腳/輸出的每個(gè)診斷信息；
8. 同樣的PCB可以用于不同型號車(chē)門(mén)；
9. 可以用相應驅動(dòng)器在客戶(hù)的生產(chǎn)線(xiàn)上加以定義；
10. 用戶(hù)側只需要開(kāi)發(fā)、驗證和維護一塊PCB。

　　在優(yōu)化模塊的電流吸收特性時(shí)需要特別注意，尤其是在汽車(chē)沒(méi)有啟動(dòng)時(shí)(點(diǎn)火鑰匙處于關(guān)閉狀態(tài))。即使現在先進(jìn)的穩壓器能提供非常低的靜態(tài)電流，最新的BCD器件通過(guò)優(yōu)化只消耗很少的電池功率，整個(gè)模塊的電流吸收情況也不能滿(mǎn)足汽車(chē)制造商最近對整體功耗的要求。要解決這個(gè)棘手的問(wèn)題，需要在電路板上實(shí)現專(zhuān)用的、先進(jìn)的電流吸收控制。這就是為什么ST開(kāi)發(fā)了全新L9952的原因：它是一個(gè)全新的器件，專(zhuān)門(mén)設計用于提供車(chē)門(mén)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(gè)器件(圖3)自帶兩個(gè)具有先進(jìn)的接觸監測和附加外設功能的低壓差穩壓器，并具有以下一些關(guān)鍵性能：

1. 5V低壓差穩壓器，給微處理器(μC)供電/250mA；
2. 5V低壓差穩壓器，給外設供電/100mA；
3. 非常低的待機電流； a. VBATT待機時(shí)為7μA b. V1待機時(shí)為45μA c. 循環(huán)喚醒時(shí)為75μA
4. 車(chē)窗看門(mén)狗；
5. 故障保護輸出；
6. 帶循環(huán)接觸監測的喚醒邏輯；
7. 兼容LIN2.0和兼容SAEJ2602的物理層；
8. 用于模式控制和診斷的24位SPI接口；
9. 用于車(chē)窗開(kāi)啟和LED的輸出驅動(dòng)繼電器(允許PWM)；
10. 所有輸出短路和過(guò)溫保護；
11. 用于監測GND兼容電流的兩個(gè)運算放大器；
12. 高溫告警和過(guò)熱關(guān)斷；
13. 欠壓和過(guò)壓關(guān)斷。

　　如上所述，L9952包含用于整個(gè)車(chē)門(mén)區域模塊的電源管理功能。目的是滿(mǎn)足在不同睡眠模式下所要求的靜態(tài)電流，這是汽車(chē)制造商所要求或規定的。典型值為每個(gè)模塊100μA，但要求越來(lái)越高，甚至在更多的系統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(shí)加以描述的話(huà)，就是μC可以工作在停止或暫停模式，或者甚至可以通過(guò)5V電源切換來(lái)關(guān)閉。要求接觸狀態(tài)讀出(例如在鎖或車(chē)把手內)通過(guò)電源管理器件本身執行。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(chē)制造商的標準和目標靜態(tài)電流。在進(jìn)入睡眠模式之前，通過(guò)SPI對相應的設置進(jìn)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(shí)基在電源管理器件內部通過(guò)利用一個(gè)集成的RC振蕩器自動(dòng)產(chǎn)生。

　　此外，用于喚醒輸入的濾波策略(去抖動(dòng))可以在不額外使用微控制器的情況下，利用一個(gè)內部時(shí)基得以實(shí)現。這對于避免任何因為EMC噪聲產(chǎn)生的喚醒事件來(lái)說(shuō)很重要，因為EMC噪聲在惡劣的汽車(chē)環(huán)境中無(wú)處不在。如果發(fā)生一個(gè)喚醒事件，系統將自動(dòng)啟動(dòng)。

　　如前面所述以及在圖2中顯示的那樣，一個(gè)明顯的趨勢是LIN節點(diǎn)將成為前門(mén)以及后門(mén)模塊的一個(gè)部分。一個(gè)方面，由于成本的問(wèn)題，越來(lái)越多的后門(mén)通過(guò)LIN總線(xiàn)控制，前門(mén)作為作為主控節點(diǎn)，后門(mén)設置為從節點(diǎn)。另外有個(gè)趨勢；用于控制門(mén)中不同功能的按鍵板作為一個(gè)機電LIN節點(diǎn)加以實(shí)現。因此需要將物理層嵌入進(jìn)L9952。物理層本身符合LIN2.0標準，并與SAEJ2602標準兼容。

　　對標準的符合性以及EMC性能已經(jīng)獲得獨立機構的認證，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(chē)制造商發(fā)布?？梢栽谥髂Ｊ较屡渲?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/LIN總線(xiàn)">LIN總線(xiàn)，對于前門(mén)的實(shí)例，前門(mén)用作后門(mén)的主節點(diǎn)，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(kāi)關(guān)LINUP(LIN上拉)輸出提供，這樣一來(lái)，在LIN總線(xiàn)短路到地時(shí)可以斷開(kāi)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(chē)門(mén)區域應用的特征。目的是利用高集成度和針對典型負載的最優(yōu)化單控制模塊來(lái)降低成本，而不是使用標準器件。使用這種特殊應用標準產(chǎn)品(ASSP)方法可以顯著(zhù)地減小PCB面積，從而帶來(lái)價(jià)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(guò)在單塊硅片上集成不同的功能來(lái)實(shí)現，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(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。相比于傳統的塑料封裝，這種裸露焊盤(pán)封裝的引入有助于節省PCB空間，同時(shí)提供優(yōu)越的熱性能。

　　在未來(lái)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，CAN也傾向于集成到即將推出的新型電源管理器件內，以獲得像傳動(dòng)裝置驅動(dòng)器那樣靈活成功的方法。這是ST公司的ASSP方法在汽車(chē)車(chē)身應用中的自然延續。因此，業(yè)界共同的目標是優(yōu)化系統成本、不斷地減少總的模塊靜態(tài)電流，這是不僅僅在車(chē)門(mén)區域應用中才會(huì )遇到的最具挑戰性的問(wèn)題。