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當代高級汽車，為了追求高性能，低油耗，低幅射，提高舒適性、方便性和安全性，需要配備大量的電子裝置。每種新型車輛系統或電氣功能的出現都伴隨著連接性的增加。新興的信息通信和驅動器信息系統領域更要整合多種技術來增強汽車安全性，通信功能、方便性以及娛樂性。這些技術涉及動態導航、無線連接/因特網接入、語音處理、汽車收音機、虛擬儀表面板、防撞系統等等。通過這些電子裝置，汽車與車內系統、其它汽車，驅動器和擴充通信網絡相互作用，并支持多種車內應用。毫無疑問，這些系統也需要一種汽車專用的供電方案。 汽車總線 汽車復雜電子裝置的先驅是引擎控制系統。它經過擴充后目前稱為動力鏈(Power-Train)系統，其中包含了傳輸控制和高級車內診斷功能。車用動力鏈總線既要高速度，又要具有經濟實用的數據傳輸能力。 如表1所示，SAE最初定義了低、中、高速三類數據通信汽車網絡。控制器局域網(CAN)和SAE J-1850一直占據著主流地位，但也不是唯一的總線體系結構。 SAE J-1850包含了最初由全部三家美國汽車制造商開發的各種版本。CAN是一種串行、異步、多主通信協議，用來連接汽車和工業應用的電子控制模塊。CAN是為需要高級數據整合和高達1Mbps數據率汽車應用設計的。 CAN 具有低、高速兩種實施方案，使用不同電壓在一對導線上進行通信，通常稱為高速物理層和低速物理層。當兩根導線中一根因短路或一路發生故障時，低速體系結構變為單線工作體系結構(所謂離線地)。由于電路需要具備這一功能的緣故，這種體系結構在超過125Kbps總線速率時，其實施成本是十分昂貴的。因此，125Kbps是高速與低速CAN的分界線。圖1表示CAN支持其它車用網絡的連接方法。 對某些機動車應用，如車體電子系統中的馬達控制，甚至可以使用更低的總線。本地互連網(LIN)是一種UART基、單主、多從網絡體系結構，原是為汽車傳感器和執行器網絡應用開發的。LIN為連接車內馬達、開關、傳感器和車燈提供了一種廉價的網絡備選方案。LIN主節點連接LIN網絡和高級網絡(如 CAN)，將網絡的作用一直延伸到每個傳感器和執行器(表2)。 在配備齊全時，導線驅動的系統需要大量的功率。術語“用導線(by-wire)”表示控制系統已完全取消了機械或液力連接，而在控制單元之間采用電子連接驅動電機執行器。用導線驅動包括導線調節，用導線剎車，用導線變速以及用導線駕駛，特別是對自動停車系統。 為了實現這類高功率控制系統，需要一種容錯的、時間觸發的體系結構。目前，在這個領域爭奪領導地位的有三種協議。Flex Ray采用光纖，當然也能在銅線上工作，數據傳輸速率達10Mbps。另一類是TTP(時間觸發協議)使用銅線，數據率僅2Mbps，但Vienna大學的研究人員正在開展使用光纖的探索。第三種協議TT-CAN，既支持“時間觸發”應用，也支持“事件觸發”應用。 汽車多媒體接口聯盟，或 AMI-C，正在制訂移動信息和娛樂系統多媒體標準。AMI-C的主要工作集中在多目標信息和多媒體技術，想方設法解決Bluetooth、IEEE- 1394和面向媒體系統傳輸(MOST)基車內網絡的使用。Bluetooth為車輛環境提供無線連接；IEEEE-1394已在消費類環境中連接幾種多媒體產品；MOST則是專為汽車視頻和音頻流數據開發的光媒體基協議。 對上面已討論過的所有網絡協議(除LIN外)，要想實現全部系統功能需要功能更強的微處理器。 電源的特殊要求 在汽車應用中，多種電源電壓和寬溫度范圍內電壓精度亟需特殊的電源電路。兩個突出的例子是物理層電源要求和高級微處理要求的多種電壓加電順序。 簡單的物理層器件未必能勝任某些汽車應用。例如，所有汽車模塊要求使用穩壓電源。有時，一個本地開關或傳感器會將模塊喚醒，從休眠狀態進入有源工作狀態。該開關或傳感器是以車輛電池工作的。為了簡化車輛中物理層應用的電源設計，已研制出專用的電源IC，如Motorola的系統偏壓芯片(SBC)族。其中 MC33389兼備汽車CAN連接的CAN物理層功能和穩壓器功能，內置獨立的看門狗定時器和本地喚醒電路，以最少元件求得最大的靈活性(圖2)。在一個封裝內組合這些功能需要先進的混合信號半導體工藝，如Motorola的SmARTMOSTM工藝。集成化設計降低了組裝成本，提高了可靠性，還增加了設計的靈活性。 MC33389將低速容錯CAN收發器和雙低壓降穩壓器組合在一起，穩壓器分別具有100mA和200mA的電流負載能力。IC還設有限流器和預報警的過溫檢測器，以及5V輸出電壓V1穩壓器，V1自帶監測電路和復位功能。 IC提供脫離CAN接口工作模式的三種工作模式(正常、備用和休眠)，并能訪問低速125K波特率容錯CAN接口。芯片的直流工作電壓高達27V，并能承愛40V最大瞬時電壓。此外，IC可在汽車極限應用的-40℃"125℃溫度范圍內工作。 加電順序 在先進VLSI邏輯器件中的高速邏輯芯核設計在低壓(3.3V或2.6V)工作，而I/O接口用電源通常是5V。雙電源MPU的加電順序通常是預先規定的。用于此目的和旨在專用MPU設計的電源IC能保證正確的順序。 用于先進MPU電源的時間和電壓指標既會影響加電，也會影響斷電。倘若超過設計指標，由于電流進入芯片內的隔離結構，因而在器件的I/O端口與芯核之間會出現過大的電壓應力和閉鎖狀態。不管出現哪種情況，會立刻或稍后損壞器件，從而影響可靠性。既使MPU可設計成擴展工作，即其中一個電壓允許低于正常的工作電壓，加電順序仍為增加可靠性提供了付加保險度。 動力鏈電源IC 對動力鏈應用，電源IC(如Motorola的MC33997和MC33998)為電子控制單元(ECU)，提供一套完整的電源系統解決方案。這此芯片設計成能承受惡劣的汽車環境-40℃"+125℃，而在6V"26.5V輸入電源下工作，瞬時電壓高達46V。MC33997和MC33998以其加電順序、輸出電壓監測、管理功能和動力鏈應用的特殊保護功能為Motorola MPU中的芯核和I/O提供所需的電壓。這些器件還支持備用模式，電源外部傳感器及其它功能。 專用電源 多媒體和電信息通信中存在不同電壓的需求。因此，對最新型的汽車應用，能產生其它電壓的定制IC應運而生。改進的定制產品為汽車中的日益增加的連接性創造了條件，有助于生產廠家個性化它們的汽車產品。功能豐富的電源IC能簡化最終產品的設計，提高汽車在惡劣環境中生存的耐用性。 |
