汽車車身電子控制系統解決方案

電源系統

　　電源系統是任何汽車系統設計中最重要的子系統之一。整體功耗、電池反極保護、汽車跳啟、車輛噪聲和汽車休眠功率都是必須考慮的因素。如果電源設計比較糟糕的話再好的系統也不能正常發揮作用。摩托羅拉公司提供的智能化電源半導體產品能很好地管理電源子系統的所有方面。

　　摩托羅拉公司的系統級芯片(SBC)MC33989具有二個電源整流器，專為MCU和外圍器件提供電源。片上還提供1個速度為1兆波特的CAN接口、4個高壓喚醒輸入端以及系統保護功能。這個智能化的半導體器件可以提供所有必需的系統電壓，它內部有一個低噪聲的200mA整流器用來給MCU子系統供電。另外，還有一個控制外部導通晶體管的裝置用來給外圍設備供電。這個外部導通晶體管允許調整二次電源，使之滿足每種特殊應用所需的功耗極限要求。二次供電電源還能根據要求切斷所選外圍設備的供電，并以此達到降低功耗的目的。

　　輸入電源直接來自車載電池。只需加一個外部二極管就能達到電池極性保護的目的。SBC可以在所有過壓條件下完成保護動作。功率MOSFET工藝技術的應用也使本器件在電池電壓低至4.5V時還能正常工作，當電池電壓低至3V時能輸出電池故障告警信號。該電源系統還有過溫保護功能，溫度到160攝氏度時將進行內部熱關斷處理，溫度在130攝氏度時會輸出一個告警信號。另外，SBC還能提供低功耗的休眠模式，該模式下系統的電流能減小至40μA。

　　CAN收發器

　　除了提供系統電源外，SBC內部還集成了一個1兆波特的CAN收發器。該收發器具有主控狀態超時檢測、內部熱保護以及CAN+和CAN-輸入端短路保護等功能。收發器內部還對CAN+和CAN-輸入端進行了跳啟、電池反接以及短接至電源或地的保護。

　　4個高壓喚醒輸入端使器件具備了強大的喚醒功能。這些喚醒輸入端的最大耐壓能達40V。輸入端的上拉源能在芯片上產生。由于只需用上拉源就能隨時檢測開關輸入的變化，因此能較好地降低功耗。該器件還具有周期性喚醒功能。另外，SBC還提供了針對MCU的復位調節與低壓檢測功能。

　　多開關檢測接口

　　由于需要特殊的觸點濕性電流(wettingcurrents)和電路故障檢測功能，汽車電子設備需要高復雜度的輸入傳感電路來檢測開關狀態。摩托羅拉公司的多開關檢測接口(MSDI)器件MC33993正是為此而設計的。

　　需要大量開關接口的系統具有許多分立元件，而這些分立元件會占用標準印刷線路板上的大量空間，并且必須進行焊點連接完整性檢測。而集成化方案能減少焊點數量，占用的空間也少，并能提供更寬的工作電壓，因此具有更大的靈活性。MSDI器件執行的就是開關檢測功能，最多能檢測22個開關觸點的開閉狀態，這些檢測到的開閉狀態再通過一條高速串行鏈路傳送給MCU。在輸入端只需加一個合適的靜電放電電容就能實現對瞬態干擾的保護。同樣，所有輸入端都具備電池反接、跳啟和負載拆卸保護功能。

　　MSDI還具有可選的濕性電流。這些內部電流源極大地減少了系統部件數量，并使金屬或橡膠開關的使用成為可能。用于檢測金屬開關的大濕性電流能在檢測過程中有選擇的使用，從而達到降低功耗的目的。利用內部電流源可以將輸入端作為輕型負載的供電電源使用，如傳感器、LED或MOSFET門等負載。這種方法進一步增強了系統的設計性能，使這些輸入端在不需要開關檢測的情況下能作其它用途。

　　高阻抗的模擬電路特別容易受到來自電路板上其它信號噪聲的影響。縮短模擬信號路徑，并允許器件對信號進行緩沖可以減少這種影響。MC33993具有強大的模擬接口功能。與傳統系統相比，這種方法能減少系統布線和故障模式。另外MC33993還集成了22比1的模擬復接器來提升器件性能。通道選擇是通過一條高速串行鏈路實現的。該器件不僅能提供先進的開關診斷功能，還允許使用模擬傳感器接口和梯形阻抗接口。

　　MCU輸出電路不能直接驅動汽車負載，還需要燈、繼電器、馬達、量程表和LED驅動器等集成電路。這些特殊的輸入接口器件同樣也提供保護與錯誤檢測功能。

　　輸出系統

　　在電源系統與輸入調整確認后就必須考慮輸出系統。許多汽車負載不能被MCU或低電流接口器件直接驅動，包括馬達和燈。繼電器或機械式開關是當今汽車車身控制結構中主要的大電流開關器件。由于電磁系統成本低，設計成熟，不少系統結構師仍樂于選用。然而使用電磁系統會產生很多問題，例如：

　　1.機械觸點的有限壽命限制了繼電器的開關頻率。由于觸點在打開或閉合的時候具有一定的慣性，在穩定到下一個狀態前會有一定程度的跳動。這一跳動限制了最大的工作頻率，如果超過這一頻率繼電器的壽命將大大縮短。

　　2.電磁系統不具備診斷功能。在惡劣的汽車環境中，這些器件的可靠性是個大問題。

　　利用專為這類負載設計的驅動器可以方便地把這些負載集成到系統中去。摩托羅拉公司提供的具有4個高端與8個低端的MC33888開關就是專為驅動汽車負載設計的。這種器件能直接控制4個功率達60W的高端負載和8個小電流(2.5W)的低端負載。MC33888器件還內建了處理與白熾燈有關的浪涌電流的功能。從圖2可以看出由白熾燈引起的浪涌電流能達到正常工作電流的10到15倍，這會給沒有這些大浪涌電流處理電路的系統帶來很大的問題。對這類負載的最常見措施是觸發過流保護電路來切斷這些負載。

　　MC33888很好地解決了這個問題，它采用了一個啟動定時器，允許白熾燈在過流保護電路工作前進行預熱。過流保護電路的啟動需要檢測調節輸出驅動器到器件可接受電平的狀態和脈寬信號。圖3給出了過流保護的動作波形。完整的電池反極保護、負載傾卸保護和低功耗特性都有助于降低系統的復雜性，并減少外部元器件的數量。診斷功能包括負載開路檢測、短路檢測和過溫檢測。作為附加的保護功能，該器件還內建了一個看門狗定時器，當器件與MCU之間的通信發生中斷時可以用來關閉器件。對該器件的控制是通過一個高速串行接口實現的，因此大大減少了所需的MCU引腳數量。

　　電子馬達控制

　　最后一個需要考慮的問題是電子馬達控制。MC33887馬達驅動器能很好地完成這一任務，它是一個完整的H型橋式驅動器。該器件具有大于5A的連續電流驅動能力，因此非常適合用于鎖定馬達、天線馬達或雨刷泵。MC33887還具有高端電流傳感反饋功能。高端電流傳感反饋功能可根據實時的馬達電流反饋修正馬達的驅動頻率和負載循環。就象燈驅動器那樣，當檢測到過流狀態時它能自動對輸出進行脈寬調制。

　　MC33887器件能夠完全控制H橋激活方向和負載的中斷控制。