當今汽車(chē)中的供電連接方案

當代高級汽車(chē)，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(chē)輛系統或電氣功能的出現都伴隨著(zhù)連接性的增加。新興的信息通信和驅動(dòng)器信息系統領(lǐng)域更要整合多種技術(shù)來(lái)增強汽車(chē)安全性，通信功能、方便性以及娛樂(lè )性。這些技術(shù)涉及動(dòng)態(tài)導航、無(wú)線(xiàn)連接/因特網(wǎng)接入、語(yǔ)音處理、汽車(chē)收音機、虛擬儀表面板、防撞系統等等。通過(guò)這些電子裝置，汽車(chē)與車(chē)內系統、其它汽車(chē)，驅動(dòng)器和擴充通信網(wǎng)絡(luò )相互作用，并支持多種車(chē)內應用。毫無(wú)疑問(wèn)，這些系統也需要一種汽車(chē)專(zhuān)用的供電方案。

汽車(chē)總線(xiàn)

汽車(chē)復雜電子裝置的先驅是引擎控制系統。它經(jīng)過(guò)擴充后目前稱(chēng)為動(dòng)力鏈(Power-Train)系統，其中包含了傳輸控制和高級車(chē)內診斷功能。車(chē)用動(dòng)力鏈總線(xiàn)既要高速度，又要具有經(jīng)濟實(shí)用的數據傳輸能力。

如表1所示，SAE最初定義了低、中、高速三類(lèi)數據通信汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )?？刂破骶钟蚓W(wǎng)(CAN)和SAE J-1850一直占據著(zhù)主流地位，但也不是唯一的總線(xiàn)體系結構。



SAE J-1850包含了最初由全部三家美國汽車(chē)制造商開(kāi)發(fā)的各種版本。CAN是一種串行、異步、多主通信協(xié)議，用來(lái)連接汽車(chē)和工業(yè)應用的電子控制模塊。CAN是為需要高級數據整合和高達1Mbps數據率汽車(chē)應用設計的。

CAN 具有低、高速兩種實(shí)施方案，使用不同電壓在一對導線(xiàn)上進(jìn)行通信，通常稱(chēng)為高速物理層和低速物理層。當兩根導線(xiàn)中一根因短路或一路發(fā)生故障時(shí)，低速體系結構變?yōu)閱尉€(xiàn)工作體系結構(所謂離線(xiàn)地)。由于電路需要具備這一功能的緣故，這種體系結構在超過(guò)125Kbps總線(xiàn)速率時(shí)，其實(shí)施成本是十分昂貴的。因此，125Kbps是高速與低速CAN的分界線(xiàn)。圖1表示CAN支持其它車(chē)用網(wǎng)絡(luò )的連接方法。



對某些機動(dòng)車(chē)應用，如車(chē)體電子系統中的馬達控制，甚至可以使用更低的總線(xiàn)。本地互連網(wǎng)(LIN)是一種UART基、單主、多從網(wǎng)絡(luò )體系結構，原是為汽車(chē)傳感器和執行器網(wǎng)絡(luò )應用開(kāi)發(fā)的。LIN為連接車(chē)內馬達、開(kāi)關(guān)、傳感器和車(chē)燈提供了一種廉價(jià)的網(wǎng)絡(luò )備選方案。LIN主節點(diǎn)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(gè)傳感器和執行器(表2)。



在配備齊全時(shí)，導線(xiàn)驅動(dòng)的系統需要大量的功率。術(shù)語(yǔ)“用導線(xiàn)(by-wire)”表示控制系統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動(dòng)電機執行器。用導線(xiàn)驅動(dòng)包括導線(xiàn)調節，用導線(xiàn)剎車(chē)，用導線(xiàn)變速以及用導線(xiàn)駕駛，特別是對自動(dòng)停車(chē)系統。

為了實(shí)現這類(lèi)高功率控制系統，需要一種容錯的、時(shí)間觸發(fā)的體系結構。目前，在這個(gè)領(lǐng)域爭奪領(lǐng)導地位的有三種協(xié)議。Flex Ray采用光纖，當然也能在銅線(xiàn)上工作，數據傳輸速率達10Mbps。另一類(lèi)是TTP(時(shí)間觸發(fā)協(xié)議)使用銅線(xiàn)，數據率僅2Mbps，但Vienna大學(xué)的研究人員正在開(kāi)展使用光纖的探索。第三種協(xié)議TT-CAN，既支持“時(shí)間觸發(fā)”應用，也支持“事件觸發(fā)”應用。

汽車(chē)多媒體接口聯(lián)盟，或 AMI-C，正在制訂移動(dòng)信息和娛樂(lè )系統多媒體標準。AMI-C的主要工作集中在多目標信息和多媒體技術(shù)，想方設法解決Bluetooth、IEEE- 1394和面向媒體系統傳輸(MOST)基車(chē)內網(wǎng)絡(luò )的使用。Bluetooth為車(chē)輛環(huán)境提供無(wú)線(xiàn)連接；IEEEE-1394已在消費類(lèi)環(huán)境中連接幾種多媒體產(chǎn)品；MOST則是專(zhuān)為汽車(chē)視頻和音頻流數據開(kāi)發(fā)的光媒體基協(xié)議。

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

電源的特殊要求

在汽車(chē)應用中，多種電源電壓和寬溫度范圍內電壓精度亟需特殊的電源電路。兩個(gè)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(jiǎn)單的物理層器件未必能勝任某些汽車(chē)應用。例如，所有汽車(chē)模塊要求使用穩壓電源。有時(shí)，一個(gè)本地開(kāi)關(guān)或傳感器會(huì )將模塊喚醒，從休眠狀態(tài)進(jìn)入有源工作狀態(tài)。該開(kāi)關(guān)或傳感器是以車(chē)輛電池工作的。為了簡(jiǎn)化車(chē)輛中物理層應用的電源設計，已研制出專(zhuān)用的電源IC，如Motorola的系統偏壓芯片(SBC)族。其中 MC33389兼備汽車(chē)CAN連接的CAN物理層功能和穩壓器功能，內置獨立的看門(mén)狗定時(shí)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(gè)封裝內組合這些功能需要先進(jìn)的混合信號半導體工藝，如Motorola的SmARTMOSTM工藝。集成化設計降低了組裝成本，提高了可靠性，還增加了設計的靈活性。



MC33389將低速容錯CAN收發(fā)器和雙低壓降穩壓器組合在一起，穩壓器分別具有100mA和200mA的電流負載能力。IC還設有限流器和預報警的過(guò)溫檢測器，以及5V輸出電壓V1穩壓器，V1自帶監測電路和復位功能。

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(fǎng)問(wèn)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(ài)40V最大瞬時(shí)電壓。此外，IC可在汽車(chē)極限應用的-40℃~125℃溫度范圍內工作。