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基于LIN和CAN總線通信的車載串行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計

發(fā)布時間:2022-06-01瀏覽次數(shù):575
  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(shè)計中運用先進電子控制技術(shù)。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(luò)系統(tǒng)應(yīng)運而生。目前,CAN(控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))協(xié)議已成為車載網(wǎng)絡(luò)(IVN)協(xié)議的標準。除了CAN網(wǎng)絡(luò),業(yè)界還開發(fā)了針對低成本應(yīng)用的汽車串行協(xié)議LIN(本地互連網(wǎng)絡(luò))總線,以支持車內(nèi)分層式網(wǎng)絡(luò)。
  作為具備豐富汽車知識的汽車半導體解決方案供應(yīng)商,安森美半導體廣泛的汽車元器件組合為車載網(wǎng)絡(luò)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(luò)的優(yōu)勢
  隨著汽車技術(shù)的發(fā)展以及電子技術(shù)和控制技術(shù)在汽車上的大量應(yīng)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?。在汽車控制系統(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(shè)計更為簡單。
  目前,CAN協(xié)議及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已被汽車廠商普遍采用。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(yīng)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(yīng)用。
  LIN則是一種低成本的串行通信網(wǎng)絡(luò),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(luò)(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(luò)。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(luò)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(luò)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。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
  一代的CAN收發(fā)器可實現(xiàn)業(yè)界的靜電放電(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(shù),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(luò)。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(yīng)用的理想選擇。圖2是采用NCV7341的5V CAN控制器應(yīng)用的電路圖。
 

  圖2:采用NCV7341的5V CAN控制器應(yīng)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(20 kBaud),主要用于門鎖、后視鏡、汽車座椅和天窗等非時間關(guān)鍵功能的應(yīng)用。LIN總線協(xié)議的每個節(jié)點只使用單線,可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(yīng)用中作為LIN協(xié)議控制器與物理總線之間的接口。NCV7321具備的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(yīng)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(shù)及智能電源技術(shù),使高壓及敏感的數(shù)字技術(shù)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(yīng)用包括多種車身電子功能和舒適功能應(yīng)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(guān)鍵特性包括熱關(guān)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(quán)結(jié)合多年集成定制電路設(shè)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(guān)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)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(luò)數(shù)據(jù)線保護和負載開關(guān)保護。圖5是安森美半導體的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(yīng)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(luò)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(jié)
  作為提供汽車應(yīng)用高能效半導體解決方案的供應(yīng)商,安森美半導體運用先進的技術(shù)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(luò)、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(luò)應(yīng)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(shù),如深溝道隔離工藝,降低了芯片上不同單元結(jié)構(gòu)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(yīng)性能標準,有助于汽車制造商實現(xiàn)可靠穩(wěn)固的設(shè)計。
標簽: 總線 通信
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