简化线路配置 两线LIN架构加快汽车联网设计(二)

2013-10-10 13:00:29来源: 互联网 关键字:简化线路  LIN架构  车联网

在两线LIN应用中,省电模式与LIN收发器的静音模式共用,可节省最多的电流。在这种模式中,所有产生时脉均被关闭,仅容许非同步模组运作(外部中断、USI和看门狗)。为从省电模式唤醒微控制器,LIN主机首先须产生一个LIN唤醒请求,接着是LIN信框标头。

  在每个新接收的LIN唤醒/信框包的开始,经由唤醒,MCU进入正常模式,并将EN接脚(启动LIN收发器)切换到HIGH。在LIN数据信框期间,从端节点MCU保持在正常模式,并能在收到同步中断和资讯识别(ID)时提供即时数据回应。在LIN数据信框结束时,从端节点返回到省电模式。以这种方式操作设备,将明显降低从端节点的平均电流消耗。

  此外,在LIN调度的电源管理方面,LIN信框之间的时间,亦称为调度表周期。LIN信框持续时间规定从端节点的供电工作周期,此工作周期影响两线LIN 从端节点的平均电流消耗。在典型的19.2kbaud运作LIN网路中,每个单信框8位元数据信框回应的平均信框长度是2.95毫秒(ms)。图5显示在这些条件下,变化的调度表周期对处于省电/静音和正常模式之间的从端节点供电工作周期之影响。

  

  图5 LIN调度周期影响对比电流消耗(2MHz系统时脉)

  由此可见,延长调度表周期可降低从端节点的平均电流消耗。然而,这种益处受到省电/静音模式电流的约束,调度週期大于1秒的益处最小。

  发挥从端节点缓冲电容功能 适量电荷储存至关重要

  虽然从端节点缓冲电容CVS_S是两线LIN平衡的重要部分,但它的大小并非主因。为在LIN信框数据包期间(LIN信号定期设为低)给从端节点供电,并在LIN信框数据传输之间接收全部电荷(LIN信号上拉到系统供应电压),这种电容必须提供足够的电荷储备。

  实际上,小型试验显示,对于资料率为19.2kbaud、1LIN资料讯框之间延迟为100毫秒(或更大),以及最低工作电池电压为9伏特的网路而言,为维持从端节点的电能,缓冲电容为47-100μF已经足够。

  牵动缓冲电容的充/放电率 三大LIN汇流排资料协定担重任

  LIN汇流排资料协定的格式将影响从端节点供电线缓冲电容的充电/放电率,三种影响资料格式因素为资料传输率、传输资料量及LIN资料调度表周期。

  为使资料传输速率最大,LIN汇流排资料率应保持较高,即最高串列传输速率为19.2kHz或更高。资料量(位元数)应尽可能保持较低,以期最大限度缩短 LIN汇流排上主导状态(逻辑水准低)的持续时间。最后,LIN调度表周期持续时间应当足够长,使得LIN汇流排为从端节点供电的时间可在LIN数据信框之间,给缓冲电容CVS_S重新充分充电。

  多从端节点网路采标准LIN协定

  用于测试和特性描述的多从端节点两线LIN网路如图6所示,两线LIN网路的总节点数受到LIN主端节点上拉电阻取得所需电流提供给连接的从端节点,以保持正常操作能力的限制(从端节点VS大于5.5伏特)。

  

  图6 两线LIN多从端节点网路

  这种网路利用标准LIN协定,与LIN2.x标准不存在任何方式的差异,调度表专为适用于两线LIN应用而进行最佳化,其中LIN唤醒信框之后是单一从端节点信框。

  标准LIN协定要求每个节点必须处理汇流排上每个输入信框ID,此迫使每个从端节点在每个输入资讯时唤醒,与所有权无关。先发送唤醒信框,然后是单一从端节点信框,尽量缩短每个从端节点供电“开启”的时间。这种发送唤醒信框,再发送所有从信框的连续突发的交替方法,将导致从端节点保持唤醒的时间比所需要长,结果是整体系统负载电流增加,而此为应该避免的状况。

启动两线LIN网路 电压调节器挑大樑

  只要供给从端节点的供应电压无降至ATA6617电压调节器的最低输入电压5.5伏特之下,即可实施多从端节点两线LIN网路。在这方面,广泛的试验显示,目前配置的网路一次无法支援超过三个从端节点。施加在LIN上拉电阻上的有效负载无法取得足够的电流,以满足所有运作条件下的最低输入电压要求。

  最后,网路受到LIN主端节点上拉电阻的电压降和多个从端节点诱导的累积负载限制。在网路上增加从端节点,将会增加施加在LIN主端节点上拉电阻上的有效负载。施加的负载Vbatt导致主端节点上拉电阻RLIN的电压降增加,从而降低提供给从端节点的输入供应电压。若输入电压下降到电压调节器运作所需的最低输入电压5.5伏特以下,输出将成为未调节,从端节点将不可运作。在这种运作模式中,电压调节器经由作用类似开关的电晶体,输入电压直接流到调节器输出。此区域的电压调节器电流不稳定,可能超过3毫安培(mA),超过正常调节电流。在这种不稳定区域运作,将导致LIN主端节点上拉电阻RLIN的电压降呈非线性增加。

  在网路上增加从端节点,大幅提高出现“未调节”电压调节器状况的风险。此由于启动时,电源开始给网路供电之际,每个从端节点的负载电流出现暂态峰值所致。要启动每个从端节点的电压调节器,需要更多的电流,即使多从端节点网路的平均电流消耗是每个从端节点约0.8毫安培;但在启动时,每个节点的整体电流消耗必须额外增加2-3毫安培。

  三个从端节点连接到网路时,从端节点启动暂时在网路施加的单一额外负载,此负载在正常运作期间并未出现。在启动时,LIN匯流排供应电压约5.5伏特。最后,从端节点电压调节器稳定下来,供应电压稳定在8.2伏特,这时开始网路通讯。

  强化节点电流处理效能 五节点网路执行多从端节点

  网路中增加第四个从端节点时,LIN匯流排供应电压永远不会从启动负载条件下恢復,并在5伏特(比电压调节器的最低运作电压低0.5伏特)徘徊。在此种情况下,所测量的LIN主端节点上拉电阻的电压降是3.3伏特。

  在这些条件下,採用下述公式计算经由220欧姆LIN主端节点上拉电阻的负载电流:

  .IRLIN=VRLIN/RLIN=3.3/220=15mA

  由图3可知,在5.5伏特时,220欧姆LIN主端节点上拉电阻支援的最高负载电流约13毫安培。由于增加第四个从端节点而导致的15毫安培负载电流比两线LIN网路所能处理的高2毫安培。因此,从端节点无法对主讯框请求做出回应。

  为减缓这种影响,考虑从端节点是顺序启动的状况(节点接连启动,而不是一次全部启动)。令人吃惊的是,各个从端节点的启动极大地降低重定时网路上的电流负载,实际上增大两线网路的节点电流处理能力。

  采用这种实施方法的网路可在相同的网路条件下,运行多达十二个从端节点,每个从端节点的电流是0.8毫安培,以及3毫安培电压调节器启动瞬态一次限于一个从端节点。则

  .ISlave_total=number of slaves×ISlave= 12 ×0.8=9.6mA

  .ISlave_total=从端节点数量ISlave=12× 0.8=9.6mA 及

  .INetwork=ISlave_total+IVreg_start= 9.6+3=12.6mA

  计算得出电流为12.6毫安培,稍低于LIN主端节点经由220欧上拉电阻能够支持的13毫安培最高供应电流。从理论上而言,这种网路应该是可行的。

  实现两线LIN联网 从端节点电能为成败点

  由上述的分析和测量结果显示,仅须稍做努力,很容易将现有LIN联网拓扑(三线,电池、接地和LIN)转换为两线实施方案(LIN和接地)。只须充分理解系统供应/负载要求及进行几处硬体改动,使从端节点在LIN数据信传输之间从主LIN汇流排上取得电能。这种两线LIN网路非常适合系统限制为一主端节点和不超过三从端节点,且所有节点均同时供电的低节点数目网路。若系统设计人员能够实施从端节点顺序启动,以限制网路启动时的浪涌电流的上电方案,则有潜力增加从端节点的数目。
作者:爱特梅尔公司 Darius Rydahl

本文转摘自电子发烧友网《汽车电子特刊》5月刊

关键字:简化线路  LIN架构  车联网

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1010/article_19927.html
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