適合LIN總線控制車門區(qū)域應(yīng)用的高級(jí)電源管理器件

　　新型汽車為駕乘人員提供了越來越多的舒適性和便利性：這些特性進(jìn)一步豐富了車頂和車門區(qū)域控制、HVAC系統(tǒng)、雨刮器和座椅控制、照明控制系統(tǒng)等的電子功能。

　　在汽車舒適性電子產(chǎn)品中，車門區(qū)域模塊(DZM)已經(jīng)成為得到廣泛認(rèn)可的解決方案：一個(gè)典型的模塊負(fù)責(zé)控制電動(dòng)窗、外視鏡(包括加熱部件和用于x-y位置調(diào)整和折疊的電機(jī))、門鎖、擱腳處/外部照明以及轉(zhuǎn)向指示燈。圖1顯示了當(dāng)前在路面上行駛的各種汽車中所見到的標(biāo)準(zhǔn)高端前門模塊的典型系統(tǒng)架構(gòu)。

　　在這些模塊的內(nèi)部還包含電源管理功能和一個(gè)收發(fā)器。一般需要用后者“喚醒”DZM模塊，并識(shí)別點(diǎn)火鎖的鑰匙以及通常的診斷通信。根據(jù)成本和技術(shù)要求，收發(fā)器可以是CAN或LIN。隨著對(duì)前門的速度、控制和診斷復(fù)雜性要求的增加，并基于高速或車體要求，大多數(shù)情況會(huì)選用CAN總線。而后門電子器件明顯趨向于LIN，因?yàn)楹箝T的功能種類明顯減少。最終使用LIN可以降低模塊成本，這也是車身應(yīng)用中主要的驅(qū)動(dòng)因素之一(如圖2所示)。

　　車門區(qū)域非常緊湊，對(duì)空間的約束很苛刻：門體容易受到強(qiáng)烈的震動(dòng)影響、空間狹小、工廠的工人不方便操作。此外，能布署到門的線束需要受到限制，因?yàn)殚T與車體是分離的。盡管有這些限制，功能的數(shù)量還是在不斷地增加；如果考慮到車鏡，這些約束會(huì)更嚴(yán)格。為降低成本，門模塊特定功能的實(shí)現(xiàn)需要一定的靈活性，可以根據(jù)特殊用戶規(guī)范進(jìn)行裁剪。例如，汽車制造商可能規(guī)定一個(gè)或者兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)鎖，帶或不帶折疊鏡。其他的變化取決于車輛劃分以及載荷在前門和后門之間的分布。

　　ST是這種特殊應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)，提供了一系列令人印象深刻的器件，這些器件目前基本表征了這些特殊的汽車產(chǎn)品。ST公司的系統(tǒng)級(jí)芯片技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)具有高集成度的復(fù)雜汽車方案，例如完整的車門模塊器件L9950就能提供高端前門需要的大部分功能。L9950傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)器可以用來控制車鏡的調(diào)整、折疊和展開，而高級(jí)車鎖系統(tǒng)可以用來驅(qū)動(dòng)門鎖和發(fā)動(dòng)機(jī)鎖定。還有五個(gè)內(nèi)部的高端驅(qū)動(dòng)器可以用來控制不同的負(fù)載，例如照明燈、LED和車鏡除霜器。復(fù)雜的診斷算法允許通過讀取折疊器、車鎖電機(jī)和除霜器信息來監(jiān)控?cái)?shù)字和模擬負(fù)載狀態(tài)，并做出正確響應(yīng)。所有負(fù)載的狀態(tài)都可以通過標(biāo)準(zhǔn)的SPI來訪問，并通過一個(gè)可編程的電流監(jiān)控器輸出。

圖1：當(dāng)前在路面上行駛的各種汽車中所見到的標(biāo)準(zhǔn)高端前門模塊的典型系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖2：針對(duì)車門區(qū)域應(yīng)用的典型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　ST公司全系列產(chǎn)品中還包含不同的產(chǎn)品型號(hào)(L9951、L9953和L9954)，它們都可接受SPI驅(qū)動(dòng)，并具有不同的輸出配置。這些器件在管腳和軟件上完全兼容，適合于后門或中端的前門，全部采用PowerSSO-36封裝，并具有以下一些優(yōu)勢(shì)：

1. 傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)器系列可覆蓋各種前門型號(hào)；
2. 靈活的系列方法；
3. 硬件(HW)兼容性/管腳到管腳；
4. 軟件(SW)兼容性；
5. 器件可以使用相同的軟件進(jìn)行改變；
6. 所有的物理管腳/輸出都可以通過相同的SPI位控制；
7. 可以通過相同的狀態(tài)位指示來自相同物理管腳/輸出的每個(gè)診斷信息；
8. 同樣的PCB可以用于不同型號(hào)車門；
9. 可以用相應(yīng)驅(qū)動(dòng)器在客戶的生產(chǎn)線上加以定義；
10. 用戶側(cè)只需要開發(fā)、驗(yàn)證和維護(hù)一塊PCB。

　　在優(yōu)化模塊的電流吸收特性時(shí)需要特別注意，尤其是在汽車沒有啟動(dòng)時(shí)(點(diǎn)火鑰匙處于關(guān)閉狀態(tài))。即使現(xiàn)在先進(jìn)的穩(wěn)壓器能提供非常低的靜態(tài)電流，最新的BCD器件通過優(yōu)化只消耗很少的電池功率，整個(gè)模塊的電流吸收情況也不能滿足汽車制造商最近對(duì)整體功耗的要求。要解決這個(gè)棘手的問題，需要在電路板上實(shí)現(xiàn)專用的、先進(jìn)的電流吸收控制。這就是為什么ST開發(fā)了全新L9952的原因：它是一個(gè)全新的器件，專門設(shè)計(jì)用于提供車門模塊的電源管理。

圖3：帶嵌入式LIN收發(fā)器的L9952電源管理器件

這個(gè)器件(圖3)自帶兩個(gè)具有先進(jìn)的接觸監(jiān)測(cè)和附加外設(shè)功能的低壓差穩(wěn)壓器，并具有以下一些關(guān)鍵性能：

1. 5V低壓差穩(wěn)壓器，給微處理器(μC)供電/250mA；
2. 5V低壓差穩(wěn)壓器，給外設(shè)供電/100mA；
3. 非常低的待機(jī)電流； a. VBATT待機(jī)時(shí)為7μA b. V1待機(jī)時(shí)為45μA c. 循環(huán)喚醒時(shí)為75μA
4. 車窗看門狗；
5. 故障保護(hù)輸出；
6. 帶循環(huán)接觸監(jiān)測(cè)的喚醒邏輯；
7. 兼容LIN2.0和兼容SAEJ2602的物理層；
8. 用于模式控制和診斷的24位SPI接口；
9. 用于車窗開啟和LED的輸出驅(qū)動(dòng)繼電器(允許PWM)；
10. 所有輸出短路和過溫保護(hù)；
11. 用于監(jiān)測(cè)GND兼容電流的兩個(gè)運(yùn)算放大器；
12. 高溫告警和過熱關(guān)斷；
13. 欠壓和過壓關(guān)斷。

　　如上所述，L9952包含用于整個(gè)車門區(qū)域模塊的電源管理功能。目的是滿足在不同睡眠模式下所要求的靜態(tài)電流，這是汽車制造商所要求或規(guī)定的。典型值為每個(gè)模塊100μA，但要求越來越高，甚至在更多的系統(tǒng)功能下需要達(dá)到更低的值，例如循環(huán)讀出接觸狀態(tài)。

　　L9952的電源管理功能概念用事實(shí)加以描述的話，就是μC可以工作在停止或暫停模式，或者甚至可以通過5V電源切換來關(guān)閉。要求接觸狀態(tài)讀出(例如在鎖或車把手內(nèi))通過電源管理器件本身執(zhí)行。因此器件可以工作在循環(huán)模式或靜態(tài)讀出接觸狀態(tài)的配置，具體取決于汽車制造商的標(biāo)準(zhǔn)和目標(biāo)靜態(tài)電流。在進(jìn)入睡眠模式之前，通過SPI對(duì)相應(yīng)的設(shè)置進(jìn)行編程，然后L9952就可以獨(dú)立工作了。循環(huán)接觸電源和讀出的時(shí)基在電源管理器件內(nèi)部通過利用一個(gè)集成的RC振蕩器自動(dòng)產(chǎn)生。

　　此外，用于喚醒輸入的濾波策略(去抖動(dòng))可以在不額外使用微控制器的情況下，利用一個(gè)內(nèi)部時(shí)基得以實(shí)現(xiàn)。這對(duì)于避免任何因?yàn)?U>EMC噪聲產(chǎn)生的喚醒事件來說很重要，因?yàn)镋MC噪聲在惡劣的汽車環(huán)境中無處不在。如果發(fā)生一個(gè)喚醒事件，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)。

　　如前面所述以及在圖2中顯示的那樣，一個(gè)明顯的趨勢(shì)是LIN節(jié)點(diǎn)將成為前門以及后門模塊的一個(gè)部分。一個(gè)方面，由于成本的問題，越來越多的后門通過LIN總線控制，前門作為作為主控節(jié)點(diǎn)，后門設(shè)置為從節(jié)點(diǎn)。另外有個(gè)趨勢(shì)；用于控制門中不同功能的按鍵板作為一個(gè)機(jī)電LIN節(jié)點(diǎn)加以實(shí)現(xiàn)。因此需要將物理層嵌入進(jìn)L9952。物理層本身符合LIN2.0標(biāo)準(zhǔn)，并與SAEJ2602標(biāo)準(zhǔn)兼容。

　　對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的符合性以及EMC性能已經(jīng)獲得獨(dú)立機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，LIN物理層最初由像大眾、奧迪和戴姆勒克萊斯勒這樣的汽車制造商發(fā)布?？梢栽谥髂Ｊ较屡渲?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/LIN總線">LIN總線，對(duì)于前門的實(shí)例，前門用作后門的主節(jié)點(diǎn)，或者處于從模式。在主模式中，所需要的上拉電阻可以由可開關(guān)LINUP(LIN上拉)輸出提供，這樣一來，在LIN總線短路到地時(shí)可以斷開上拉電阻，從而避免增加靜態(tài)電流。

　　除了電源管理功能和LIN物理層外，L9952中還嵌入了其它一些功能，也是車門區(qū)域應(yīng)用的特征。目的是利用高集成度和針對(duì)典型負(fù)載的最優(yōu)化單控制模塊來降低成本，而不是使用標(biāo)準(zhǔn)器件。使用這種特殊應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)方法可以顯著地減小PCB面積，從而帶來價(jià)格方面的優(yōu)勢(shì)。需要指出的是，創(chuàng)新不僅僅是在硅片層面通過在單塊硅片上集成不同的功能來實(shí)現(xiàn)，還在于像PowerSSO-36這樣新型、高性能、小尺寸和高級(jí)電源封裝技術(shù)的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。相比于傳統(tǒng)的塑料封裝，這種裸露焊盤封裝的引入有助于節(jié)省PCB空間，同時(shí)提供優(yōu)越的熱性能。

　　在未來的開發(fā)過程中，CAN也傾向于集成到即將推出的新型電源管理器件內(nèi)，以獲得像傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)器那樣靈活成功的方法。這是ST公司的ASSP方法在汽車車身應(yīng)用中的自然延續(xù)。因此，業(yè)界共同的目標(biāo)是優(yōu)化系統(tǒng)成本、不斷地減少總的模塊靜態(tài)電流，這是不僅僅在車門區(qū)域應(yīng)用中才會(huì)遇到的最具挑戰(zhàn)性的問題。