基于16位控制器的汽車車身電子控制系統(tǒng)解決方案

隨著汽車車身控制應(yīng)用復(fù)雜性的不斷提高，對(duì)16位微控制器(MCU)的性能要求也越來越高。以前曾用機(jī)械方法控制的門控、座椅調(diào)節(jié)、 車內(nèi)照明和空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)在都改成了電子控制。許多半導(dǎo)體廠商包括摩托羅拉公司所提供的大量專用半導(dǎo)體解決方案使這些新的電子控制應(yīng)用成為可能。這些新的解決方案不僅提供了必要的控制功能，還提供了舊機(jī)械系統(tǒng)所不能提供的高級(jí)診斷能力。消費(fèi)者希望新型汽車中的控制系統(tǒng)能及時(shí)對(duì)車內(nèi)發(fā)生的任何系統(tǒng)工作故障發(fā)出報(bào)警信息。

本文主要介紹摩托羅拉公司的MC9S12DP256 16位MCU和若干個(gè)外圍IC產(chǎn)品，這些產(chǎn)品專為適應(yīng)汽車系統(tǒng)中常見的惡劣環(huán)境而設(shè)計(jì)，此外，還詳細(xì)討論這些產(chǎn)品提供的高級(jí)診斷功能。

電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)是任何汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的子系統(tǒng)之一。整體功耗、電池反極保護(hù)、汽車跳啟、車輛噪聲和汽車休眠都是必須考慮的因素。如果電源設(shè)計(jì)比較糟糕的話，再好的系統(tǒng)也不能正常發(fā)揮作用。摩托羅拉公司提供的智能化電源半導(dǎo)體產(chǎn)品能很好地管理電源子系統(tǒng)的所有方面。

摩托羅拉公司的系統(tǒng)級(jí)芯片(SBC)MC33989具有二個(gè)電源整流器，專為MCU和外圍器件提供電源。片上還提供1個(gè)速度為1兆波特的 CAN接口、4個(gè)高壓?jiǎn)拘演斎攵艘约跋到y(tǒng)保護(hù)功能。這個(gè)智能化的半導(dǎo)體器件可以提供所必須的系統(tǒng)電壓，它內(nèi)部有一個(gè)低噪聲的200mA整流器用 來給外圍設(shè)備供電。另外，還有一個(gè)控制外部導(dǎo)通晶體管的裝置用來給外圍設(shè)備供電。這個(gè)外部導(dǎo)通晶體管允許調(diào)整二次電源，使之滿足每種特殊應(yīng)用所需的功耗極限要求。二次供電電源還能根據(jù)要求切斷所選外圍設(shè)備的供電，并以次達(dá)到減低功耗的目的。
輸入電源直接來自車載電池。只需加一個(gè)外部二極管就能達(dá)到電池極性保護(hù)的目的。SBC可在所有過壓條件下完成保護(hù)動(dòng)作。功率 MOSFET工藝技術(shù)的應(yīng)用也使本器件在電池電壓低至4.5V時(shí)還能正常工作，當(dāng)電池電壓低至3V時(shí)能輸出電池故障告警信號(hào)。該電源系統(tǒng)還有過溫保護(hù)功能，溫度到160攝氏度時(shí)將進(jìn)行內(nèi)部熱關(guān)斷處理，溫度在130攝氏度時(shí)會(huì)輸出告警信號(hào)。SBC還能提供低功耗的休眠模式，該模式下系統(tǒng)電流能減至 40uA。

CAN收發(fā)器
除了提供系統(tǒng)電源外，SBC內(nèi)部還集成了一個(gè)1兆波特的CAN收發(fā)器。該收發(fā)器具有主控狀態(tài)超時(shí)檢測(cè)、內(nèi)部熱保護(hù)以及CAN+和CAN-輸入 端短路保護(hù)等功能。收發(fā)器內(nèi)部還對(duì)CAN+和CAN-輸入端進(jìn)行了跳啟、電池反接以及短接至電能或地的保護(hù)。 4個(gè)高壓?jiǎn)拘演斎攵耸蛊骷邆淞藦?qiáng)大的喚醒功能。這些喚醒輸入端的最大耐壓能達(dá)40V。輸入端的上拉源能在芯片上產(chǎn)生。由于只需 用上拉源就就能隨時(shí)檢測(cè)開關(guān)輸入的變化，因此能較好地降低功耗。該器件還具有周期喚醒功能。另外，SBC還提供了針對(duì)MCU的復(fù)位調(diào)節(jié)與低壓檢測(cè)功能。

多開關(guān)檢測(cè)接口

由于需要特殊的觸點(diǎn)濕性電流(wetting currents)和電路故障檢測(cè)功能，汽車電子設(shè)備需要高復(fù)雜度的輸入傳感電路來檢測(cè)開關(guān)狀態(tài)。摩托羅拉公司的多開關(guān)檢測(cè)接口(MSDI)器件MC33993正是為此而設(shè)計(jì)的。
需要大量開關(guān)接口的系統(tǒng)具有許多分立元件，而這些分立元件會(huì)占用標(biāo)準(zhǔn)印刷線路板上的大量空間，并且必須進(jìn)行焊點(diǎn)連接完整性檢測(cè)。而集成化方案能減少焊點(diǎn)數(shù)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(zhí)行的是開關(guān)檢測(cè)功 能，最多能檢測(cè)22個(gè)開關(guān)觸點(diǎn)的開閉狀態(tài)，這些檢測(cè)到的開閉狀態(tài)再通過一條高速串行鏈路傳給MCU。在輸入端只需加一個(gè)合適的靜電放電 電容就能實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬間干擾的保護(hù)。同樣，所有輸入端都具備電池反接、跳啟和負(fù)載拆卸保護(hù)功能。