基于16位控制器的汽车车身电子控制系统解决方案

2010-06-21 18:57:49来源: 互联网

      随着汽车车身控制应用复杂性的提高,对16位微控制器(MCU)的性能要求也越来越高。以前曾用机械方法控制的门控、座椅调节、车内照明和空调系统现在都改成了电子控制。许多半导体厂商包括摩托罗拉公司所提供的大量专用半导体解决方案使这些新的电子控制应用成为可能。这些新的解决方案不仅提供了必要的控制功能,还提供了旧机械系统所不能提供的高级诊断能力。消费者希望新型汽车中的控制系统能及时对车内发生的任何系统工作故障发出报警信息。

      本文介绍摩托罗拉公司的MC9S12DP256 16位MCU和若干个外围IC产品,这些产品专为适应汽车系统中常见的恶劣环境而设计,此外,还详细讨论这些产品提供的高级诊断功能。图1给出了所用方案的方框图。

图1

电源系统

  电源系统是任何汽车系统设计中最重要的子系统之一。整体功耗、电池反极保护、汽车跳启、车辆噪声和汽车休眠功率都是必须考虑的因素。如果电源设计比较糟糕的话再好的系统也不能正常发挥作用。摩托罗拉公司提供的智能化电源半导体产品能很好地管理电源子系统的所有方面。

  摩托罗拉公司的系统级芯片(SBC)MC33989具有二个电源整流器,专为MCU和外围器件提供电源。片上还提供1个速度为1兆波特的CAN接口、4个高压唤醒输入端以及系统保护功能。这个智能化的半导体器件可以提供所有必需的系统电压,它内部有一个低噪声的200mA整流器用来给MCU子系统供电。另外,还有一个控制外部导通晶体管的装置用来给外围设备供电。这个外部导通晶体管允许调整二次电源,使之满足每种特殊应用所需的功耗极限要求。二次供电电源还能根据要求切断所选外围设备的供电,并以此达到降低功耗的目的。

  输入电源直接来自车载电池。只需加一个外部二极管就能达到电池极性保护的目的。SBC可以在所有过压条件下完成保护动作。功率MOSFET工艺技术的应用也使本器件在电池电压低至4.5V时还能正常工作,当电池电压低至3V时能输出电池故障告警信号。该电源系统还有过温保护功能,温度到160摄氏度时将进行内部热关断处理,温度在130摄氏度时会输出一个告警信号。另外,SBC还能提供低功耗的休眠模式,该模式下系统的电流能减小至40μA。

CAN收发器

  除了提供系统电源外,SBC内部还集成了一个1兆波特的CAN收发器。该收发器具有主控状态超时检测、内部热保护以及CAN+和CAN-输入端短路保护等功能。收发器内部还对CAN+和CAN-输入端进行了跳启、电池反接以及短接至电源或地的保护。

  4个高压唤醒输入端使器件具备了强大的唤醒功能。这些唤醒输入端的最大耐压能达40V。输入端的上拉源能在芯片上产生。由于只需用上拉源就能随时检测开关输入的变化,因此能较好地降低功耗。该器件还具有周期性唤醒功能。另外,SBC还提供了针对MCU的复位调节与低压检测功能。

多开关检测接口

  由于需要特殊的触点湿性电流(wetting currents)和电路故障检测功能,汽车电子设备需要高复杂度的输入传感电路来检测开关状态。摩托罗拉公司的多开关检测接口(MSDI)器件MC33993正是为此而设计的。

  需要大量开关接口的系统具有许多分立元件,而这些分立元件会占用标准印刷线路板上的大量空间,并且必须进行焊点连接完整性检测。而集成化方案能减少焊点数量,占用的空间也少,并能提供更宽的工作电压,因此具有更大的灵活性。MSDI器件执行的就是开关检测功能,最多能检测22个开关触点的开闭状态,这些检测到的开闭状态再通过一条高速串行链路传送给MCU。在输入端只需加一个合适的静电放电电容就能实现对瞬态干扰的保护。同样,所有输入端都具备电池反接、跳启和负载拆卸保护功能。

  MSDI还具有可选的湿性电流。这些内部电流源极大地减少了系统部件数量,并使金属或橡胶开关的使用成为可能。用于检测金属开关的大湿性电流能在检测过程中有选择的使用,从而达到降低功耗的目的。利用内部电流源可以将输入端作为轻型负载的供电电源使用,如传感器、LED或MOSFET门等负载。这种方法进一步增强了系统的设计性能,使这些输入端在不需要开关检测的情况下能作其它用途。

  高阻抗的模拟电路特别容易受到来自电路板上其它信号噪声的影响。缩短模拟信号路径,并允许器件对信号进行缓冲可以减少这种影响。MC33993具有强大的模拟接口功能。与传统系统相比,这种方法能减少系统布线和故障模式。另外MC33993还集成了22比1的模拟复接器来提升器件性能。通道选择是通过一条高速串行链路实现的。该器件不仅能提供先进的开关诊断功能,还允许使用模拟传感器接口和梯形阻抗接口。

  MCU输出电路不能直接驱动汽车负载,还需要灯、继电器、马达、量程表和LED驱动器等集成电路。这些特殊的输入接口器件同样也提供保护与错误检测功能。

输出系统

  在电源系统与输入调整确认后就必须考虑输出系统。许多汽车负载不能被MCU或低电流接口器件直接驱动,包括马达和灯。继电器或机械式开关是当今汽车车身控制结构中主要的大电流开关器件。由于电磁系统成本低,设计成熟,不少系统结构师仍乐于选用。然而使用电磁系统会产生很多问题,例如:

  1. 机械触点的有限寿命限制了继电器的开关频率。由于触点在打开或闭合的时候具有一定的惯性,在稳定到下一个状态前会有一定程度的跳动。这一跳动限制了最大的工作频率,如果超过这一频率继电器的寿命将大大缩短。

  2. 电磁系统不具备诊断功能。在恶劣的汽车环境中,这些器件的可靠性是个大问题。

  利用专为这类负载设计的驱动器可以方便地把这些负载集成到系统中去。摩托罗拉公司提供的具有4个高端与8个低端的MC33888开关就是专为驱动汽车负载设计的。这种器件能直接控制4个功率达60W的高端负载和8个小电流(2.5W)的低端负载。MC33888器件还内建了处理与白炽灯有关的浪涌电流的功能。从图2可以看出由白炽灯引起的浪涌电流能达到正常工作电流的10到15倍,这会给没有这些大浪涌电流处理电路的系统带来很大的问题。对这类负载的最常见措施是触发过流保护电路来切断这些负载。

  

  图2

     

[1] [2]

关键字:MCU  MC68HC9S12DP256  MC33989  MC33993

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2010/0621/article_2207.html
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