连接车载应用与系统，深度解析汽车接口技术

　　作者：

　　James Goings，射频与汽车应用经理

　　Timothy Grai，射频与汽车应用经理

　　Juergen Strohal，射频与汽车应用经理

　　摘要

　　汽车制造商一直热衷于利用信息娱乐、舒适控制等电子系统为他们的高端品牌增添价值。那些曾专属于高端车型的功能配置现在正成为畅销量产车型的标配。汽车电子系统现已被视为一项重要的差异竞争力。因此，微控制器正成为汽车中无处不在的器件。目前，汽车电子系统设计工程师面临的一大挑战是如何确保汽车中各个应用和系统之间的通信。其中的关键就是接口。

　　本文重点阐述三个领域的汽车电子应用，并探讨所需连接及其实现方式，以及工程师可能遇到的与应用有关的挑战。

　　前言

　　在汽车中使用各种电子系统的趋势日渐增强。在所有汽车类别和车型中，这些系统已变得无处不在。电子系统已不再为高端车型所专有，使用电子系统实现汽车的每一项功能和特性已被视为促使某个品牌脱颖而出的一种方式。据《2013年汽车电气与电子系统报告》估算，电子系统的成本占传统车型总成本的40%，占电动及混合车型总成本的75%。

　　芯片公司集成众多复杂功能的能力是促进这种增长的主要动力之一。实现控制、信息娱乐和其它应用的所需集成度意味着，传统线束的某些部分已被各种用于整合目的的网络总线替代。

　　连接各种汽车应用的常用方法

　　两种常见的汽车应用网络标准是CAN（控制器局域网络）和LIN（本地互联网络）。为了最大程度减少布线，这两种协议均采用串行通信方式。任何一辆现代汽车中都能找到采用这两种标准的多个网络，每个网络负责特定的应用领域。CAN网络拥有一个多主节点拓扑结构，因此，被用于连接多个电子控制单元（ECU）。与此相反，LIN总线支持一个单主节点拓扑结构，因此，通常被用于将一个主用ECU与一个或多个智能程度较低的专用从节点互连在一起。

　　CAN总线的一种常见实现方式是采用非归零（NRZ）编码的平衡差分2线接口。其典型数据速率最高可达1 Mb/s。它采用一种异步方法向网络中的所有节点广播报文。只要总线空闲，任何节点都可以发送报文。它采用一种无需重试的冲突仲裁及解决方法，可确保优先级最高的报文被发送出去。CAN标准（ISO11898）定义了四种不同的报文类型：数据帧、远程传输请求帧、错误帧和过载帧。

　　CAN提供了一种可互连多个控制器的快速、灵活、全面的方法，能够让各类应用共享传感器输入和其它数据。尽管如此，对于车窗控制等较为简单的应用而言，汽车制造商认为其较高的速度和多功能性是没有必要的，而且其实现成本也过于高昂。LIN协会于1999年由多家领先的汽车制造商创建。LIN提供一条单线总线，该总线遵从ISO9141规范的一个增强版本，后者自上世纪八十年代起一直被用于实现车载诊断功能。一条LIN总线上只能有一个主节点，但可以有一个或多个从节点。典型数据速率为20 kb/s或更低，这也有助于将电磁干扰降至最低。低成本的LIN系统通常被用于汽车的舒适、传感器和致动器应用。

　　图1显示了各种汽车网络总线类型以及它们的典型数据速率和相对的每节点成本。

　　图1 – 各种汽车网络协议的每节点成本对比

　　为了满足汽车电子系统设计人员的需求，Atmel可为他们提供一整套支持CAN和LIN应用的器件。Atmel的LIN产品组合包括独立收发器、集成了一个收发器、一个稳压器和其它功能的系统基础芯片（SBC）以及基于Atmel AVR微控制器的系统级封装与专用（ASSP）器件。Atmel的器件采用BiPolar CMOS、CMOS和DMOS（BCD on SOI技术）。它们结合高压能力和绝缘体上硅（SOI）技术，实现了高温运行、极低的泄露电流和抗闩锁能力。

　　图2 – 汽车LIN应用举例

　　本文选自电子发烧友网7月《汽车电子特刊》Change The World，转载请注明出处！
　　

　　高压

　　图2列出了采用LIN连接的一些应用实例。这些应用通常需要能够直接使用汽车电瓶电压高效地控制各种12V机械致动器的高压器件。应用实例包括：车窗升降、车座位置调整、雨刮器和涡轮增压器襟翼控制。芯片上通常内置驱动器，可提供高达1安培的电流。此外，还需要使用外置MOSFET。由于微控制器不能直接驱动外置MOSFET，因此必须使用内置栅极驱动器，常见的例子是H桥和B6栅极驱动器。用于控制这些应用的任何微控制器均需使用一个低于汽车电瓶电压的工作电压，因此，通常需要使用一个低压降稳压器为MCU提供稳定电压。

一个8位Atmel微控制器通常在一个由10－16个LIN从节点组成的小集群中工作，我们可以将其用于这些应用，同时确保所要求的响应时