汽車LIN總線驅(qū)動(dòng)傳感器應(yīng)用

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　　現(xiàn)今的汽車平均帶有50多個(gè)不同的傳感器，用于監(jiān)控各種物理變量。由于制動(dòng)器的使用增加，因而要求傳感器提供相應(yīng)的輸入值，所以這個(gè)數(shù)字還會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。此外，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的需求正在增加，模擬數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)所受到的限制變得明顯了，所以工程師面對(duì)的挑戰(zhàn)已經(jīng)變成如何將傳感器組變換成一個(gè)高效的高性能數(shù)字子系統(tǒng)。

　　驅(qū)動(dòng)傳感器的LIN總線技術(shù)結(jié)合現(xiàn)今電壓調(diào)制和電流調(diào)制方式的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的高效管理。愛特梅爾公司能夠提供所有必須的產(chǎn)品，而無需依賴于LIN應(yīng)用的集成水平。

　　傳感器系統(tǒng)在許多方面不同于汽車的其它電子元件。最重要的差異在于：傳感器通常位于車輛外部的惡劣環(huán)境，要經(jīng)受濕度、溫度或者壓力的變化。大多數(shù)情況下，傳感器還得安裝在非常有限的空間內(nèi)，并且與一個(gè)2線或3線器具連接。

　　傳感器應(yīng)用就像汽車應(yīng)用領(lǐng)域自身那樣變化多樣。

　　在動(dòng)力傳動(dòng)領(lǐng)域：

　　-位置傳感器;

　　-速度傳感器;

　　-壓力傳感器;

　　-碰撞傳感器。

　　在駕駛舒適性領(lǐng)域：

　　-溫度傳感器;

　　-太陽高度角傳感器;

　　-光傳感器;

　　-濕度傳感器;

　　-露點(diǎn)傳感器。

　　在車身控制領(lǐng)域:

　　-壓力傳感器;

　　-陀螺儀傳感器。

　　典型的傳感器節(jié)點(diǎn)帶有傳感元件、一個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)微控制器和一個(gè)信號(hào)收發(fā)器。由于數(shù)據(jù)線的長(zhǎng)度常常大于1米，數(shù)據(jù)傳輸主要采用模擬信號(hào)調(diào)節(jié)，所占比例大約為90%，模擬信號(hào)調(diào)節(jié)確實(shí)具有一些優(yōu)點(diǎn)。

　　模擬信號(hào)調(diào)節(jié)技術(shù)可與先前的機(jī)械式或機(jī)電式檢測(cè)系統(tǒng)兼容，并且易于使用和插接。模擬數(shù)據(jù)可在0至5V的電壓范圍內(nèi)提供，這樣傳感器可以由微控制器上的一個(gè)ADC端口監(jiān)控，微控制器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。然而，對(duì)傳感器的需求在增加，這使得模擬信號(hào)調(diào)節(jié)缺少吸引力。隨著ADC分辨率達(dá)到10位，以及通過將信號(hào)電壓箝位在最低或者最高電平來指示兩個(gè)不同失效模式的方式，模擬技術(shù)已經(jīng)達(dá)到其性能的極限，它們將被不同的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送模式所取代。

　　數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸可以通過電壓調(diào)制或電流調(diào)制兩種方式來管理。兩種類型都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。簡(jiǎn)單的電流調(diào)制能夠?qū)崿F(xiàn)成本效益非常高的ECU設(shè)計(jì)和接線方式。在ECU內(nèi)，使用一個(gè)上拉電阻就可以將不同的電流水平轉(zhuǎn)換成不同的電壓水平。傳感器的連接采用2線連接，不過上拉電阻的缺點(diǎn)包括：在傳感器模塊上的熱功耗，以及有限的數(shù)據(jù)率。其它基于電流轉(zhuǎn)換的方法，例如是曼徹斯特編碼協(xié)議等，則需要專用的收發(fā)器IC，這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)成本增加。

　　電壓調(diào)制具有適應(yīng)各種協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)，從簡(jiǎn)單的PWM到更復(fù)雜的SENT都能夠支持。它具有比電流調(diào)制更高的數(shù)據(jù)率。此外，可以將ECU輸入設(shè)計(jì)成一個(gè)以定時(shí)器為基礎(chǔ)的捕獲比較單元。電壓調(diào)制的一個(gè)不足之處是必須使用一種3線連接。還包括在電磁兼容測(cè)試中還會(huì)發(fā)生其它問題，因?yàn)榇蠖鄶?shù)PWM驅(qū)動(dòng)器都不包含斜率控制。此外，靜電保護(hù)功能也較弱。

　　LIN總線協(xié)議結(jié)合了上述全部?jī)?yōu)點(diǎn)。LIN是一種2線接口，這有助于降低連線方面的成本。LIN在收發(fā)器IC中的壓擺率控制有助于實(shí)現(xiàn)出色的電磁兼容性能，LIN的靜電保護(hù)功能可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)嚴(yán)苛環(huán)境的可靠的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。最后，LIN總線收發(fā)器具有高生產(chǎn)率，可以實(shí)現(xiàn)比其它需要收發(fā)器IC協(xié)議(例如：基于電流的轉(zhuǎn)換協(xié)議) 的設(shè)計(jì)更具成本效益優(yōu)勢(shì)的設(shè)計(jì)。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念需要在ECU等級(jí)上加上一個(gè)上拉電阻，以便通過數(shù)據(jù)線為L(zhǎng)IN從屬傳感器控制電流源。在LIN從屬傳感器處，僅需要一個(gè)緩沖電容器。根據(jù)電容器的數(shù)值，可選擇的數(shù)據(jù)率高達(dá)100 kbit/s。降低電源電壓為影響數(shù)據(jù)發(fā)送速率提供了額外的選擇。由于顯性和隱性電平以電源電壓為參考，降低電源電壓能夠直接減小達(dá)到相應(yīng)電平的總線高電平和低電平之間的間隙。電源電壓降低2V，數(shù)據(jù)發(fā)送速率大約提高15%。不幸的是，不是在任何情況下都能夠降低電源電壓。還必須考慮總線顯性電平的時(shí)間部分，因?yàn)樵摖顟B(tài)對(duì)LIN從屬負(fù)傳感器的緩沖容量造成泄放。

　　使用LIN的傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以視為一個(gè)三步過程。首先找到一個(gè)包含傳感元件的分離的從屬節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，一個(gè)基于LIN的系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片，以及一個(gè)用于信號(hào)調(diào)節(jié)和協(xié)議處理的微控制器。愛特梅爾公司提供LIN收發(fā)器、LIN系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片(SBC)以及LIN系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)器件，為所有的集成水平提供支持。使用SiP，用戶可以獲益于愛特梅爾采用picoPower技術(shù)之AVR微控制器的超低功耗設(shè)計(jì)。第二步是可以將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成一種單芯片、多晶片SiP設(shè)計(jì)，這樣可以節(jié)省PCB空間，可讓工程師將全部電子元件放入傳感器的連接器中。最后，通過將傳感器集成進(jìn)芯片，實(shí)現(xiàn)智能狀態(tài)機(jī)，工程師可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的單芯片LIN傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。

　　總之，從車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的角度來看，LIN總線不僅增強(qiáng)了汽車驅(qū)動(dòng)，還可以使傳感器區(qū)域變成低成本、高性能的數(shù)字式子系統(tǒng)。愛特梅爾公司能夠提供適用于所有LIN應(yīng)用集成度的全部必須的產(chǎn)品。采用picoPower技術(shù)的AVR微控制器是實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。此外，工程師可以設(shè)計(jì)符合EMV標(biāo)準(zhǔn)的最穩(wěn)健的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)具有愛特梅爾LIN收發(fā)器和SBC所提供的先進(jìn)的電磁兼容和靜電防護(hù)性能。