堅固的接觸式監(jiān)視器簡化了車身控制計算機的設(shè)計

介紹

MAX13362為24通道汽車開關(guān)監(jiān)視器。為了避免增加大量外部元件，因為增加應(yīng)用成本，并可能使可靠的接觸電阻測量更加困難，MAX13362經(jīng)過精心設(shè)計，具有魯棒性。該器件可監(jiān)控汽車中 24 個遠程開關(guān)的狀態(tài)，同時承受汽車瞬變，并在許多異常的汽車測試條件下表現(xiàn)良好。由于設(shè)備與車輛中的遠程開關(guān)接口，因此它直接受到汽車線束中觀察到的所有瞬變的影響。

本文記錄了MAX13362在汽車ECU級測試中遇到的許多情況下的反應(yīng)。以下各節(jié)介紹了此處描述的情況：

接地/電源連接丟失

電池反接條件

接地和電源轉(zhuǎn)換

測試設(shè)計設(shè)置

以下測試數(shù)據(jù)是使用圖1的簡化應(yīng)用電路生成的。MAX13362連接兩個外部電池連接開關(guān)和兩個外部接地開關(guān)。MAX15007線性穩(wěn)壓器為IC的數(shù)字部分和本地微控制器提供穩(wěn)壓。連接到接地開關(guān)的引腳通過47nF電容旁路接地。連接到電池連接開關(guān)的輸入具有100Ω的額外串聯(lián)電阻，這是在電池線路上更苛刻的瞬變期間限制輸入電流所必需的。用于讀寫SPI?信息的微控制器是MAXQ2000，工作在3.3V電源。開關(guān) S接地和 S與用于在測試期間斷開相應(yīng)的MAX13362引腳。電壓源VSB和VSG分別允許電池電壓和接地的轉(zhuǎn)換。

在測試過程中特別注意：1）由于電壓差異可能產(chǎn)生的不希望的漏電流;2）SPI通信是否可行;3） 交換機狀態(tài)報告正確還是不正確。所有測試均在14V的電池電壓下進行。

圖1.MAX13362測試電路

1. 接地/電源連接丟失

根據(jù)外部開關(guān)是開路還是閉合（從而將IC輸入引腳連接到電池或接地），接地和/或電源連接丟失可能導(dǎo)致許多不同的情況。

1.1. 失地

當發(fā)生接地丟失時（例如，由于焊點不良），一個或多個外部開關(guān)打開或短路到電池或機箱接地時，可能會發(fā)生這種情況。因此，需要考慮許多不同的地面損失情況：

1.1.1. 打開所有開關(guān)

以正常方式上電后，IC接地引腳斷開，觀察到GND引腳向上浮動至約0.5V。這使得SPI接口看起來工作正常，盡管邏輯電平為0.5V。根據(jù)處理器預(yù)期的邏輯電平，這種情況可能導(dǎo)致錯誤讀取，即處理器將0.5V解釋為邏輯高電平。即使SPI接口報告正確的輸出字（0xC0000000），也可能發(fā)生此錯誤，從而表明所有開關(guān)確實都已斷開（圖2）。在此測試期間未觀察到電源電流增加。當接地連接恢復(fù)時，MAX13362工作正常。

圖2.SPI回讀顯示地面偏移。通道 1 = CS;通道 2 = CLK;通道 3 = SDO（數(shù)據(jù)）。

1.1.2. 至少有一個輸入連接到機箱接地

該測試也是通過在MAX13362上電并正常配置后斷開接地來進行的。SPI讀取報告所有交換機均打開。如之前的測試所示，邏輯接口上的接地電平向上移動了約600mV。當接地連接恢復(fù)時，MAX13362工作正常。

1.2. 輸入連接到電池電壓時的功率損失

為了執(zhí)行此測試，VS引腳與電源斷開，IN1短路至電池電壓。進入IN1引腳的電流保持在漏電流水平，因此表明VS節(jié)點未被拉上拉。這種配置避免了MAX13362或任何連接的電路在未知和不可預(yù)測狀態(tài)下上電的問題。電流進入VDD也觀察到引腳沒有變化。在這種模式下，從SPI接口讀取數(shù)據(jù)會產(chǎn)生0x00000000，因為MAX13362的高壓部分被關(guān)斷。這些結(jié)果表明，如果微控制器在MAX13362處于這種狀態(tài)時讀取數(shù)據(jù)，則微控制器可以很容易地確定存在故障。

1.3. 一個輸入接地時的接地和功率損耗

在該測試中，MAX13362的VS和GND引腳均斷開，其中一個輸入通過開關(guān)接地。顯然，MAX13362在這種情況下不能正常工作，但除了漏電之外，輸入電流沒有增加。從SPI接口讀取再次產(chǎn)生0x00000000，這向微控制器發(fā)出故障信號。

1.4. 一個輸入連接到電池電壓時的接地和功率損耗

MAX13362的接地和VS引腳仍然斷開時，其中一個輸入端連接到電池電壓。與上面的測試1.2類似，輸入電流沒有明顯增加。VS引腳保持在0V。正如預(yù)期的那樣，從SPI接口讀取導(dǎo)致0x00000000。

1.5. 一個輸入連接到電池，一個輸入接地時接地和電源損耗

該測試旨在確保MAX13362在輸入端連接到電池而另一路接地時不會上電。預(yù)期結(jié)果得到確認：VS保持在0V，當讀取MAX13362時，報告0x00000000。

2. 電池反接條件

當汽車電池連接不正確時，汽車系統(tǒng)會暴露在電池反接的情況下。汽車中的電子設(shè)備需要長時間忍受這種情況，直到不幸的車主（或機械師）意識到有些事情不對勁。保護汽車電子設(shè)備的標準方法是使用電池反接二極管，該二極管在電池反接情況下僅阻止電流流動。使用MAX13362時，VS引腳確實以這種方式受到保護。但是，根據(jù)外部開關(guān)的狀態(tài)，MAX13362可能會暴露在負電壓下。為了找到MAX13362的弱點，在電池反接條件下進行了多次測試。

2.1. 所有開關(guān)打開的情況下反向電池

這是最不危險的條件。MAX13362很容易經(jīng)受住考驗，因為沒有異常電壓施加到它上面。

2.2. 一個輸入接地的反向電池

該測試同樣是相對良性的，因為MAX13362的引腳沒有施加意外電壓。雖然MAX13362沒有，但實際上無法正常工作，它沒有損壞。

2.3. 一個輸入連接到電池的反向電池

對于MAX13362來說，這可能是一個危險的情況，因為當MAX13362不上電時，其輸入端會施加負電壓。輸入絕對最大額定值為-0.3V的典型IC將無法承受這種情況。然而，MAX13362采用特殊的輸入結(jié)構(gòu)，沒有通常的二極管接地。這種設(shè)計使其能夠毫發(fā)無損地承受這種情況。雖然反向輸入端的輸入電流保持“類似漏電”，但MAX13362可以長時間承受這種情況。本測試中的SPI讀數(shù)導(dǎo)致0x00000000。

2.4. 反向電池，一個輸入接地，一個連接到電池

進行了該測試，預(yù)期結(jié)果與先前的測試（第2.3節(jié)）相似。事實上，情況確實如此。沒有測量到增加的輸入電流，SPI讀數(shù)產(chǎn)生0x00000000。

3. 接地和電源轉(zhuǎn)換

連接到MAX13362的開關(guān)通常是遠程的。因此，當本地和遠程接地（開關(guān)處）或本地和遠程電源電壓之間存在差異時，IC繼續(xù)正常工作非常重要。這些差異是由于大電流流過車輛接地和電源接線的有限電阻（和電感）而發(fā)生的。許多汽車制造商規(guī)定，接地和電源換檔為1V或更高時應(yīng)保持正常運行。通過以下測試確定MAX13362對地和電源偏移的靈敏度。測試還試圖確定接地或電源偏移在什么水平上成為問題，即給出不正確的開關(guān)狀態(tài)讀數(shù)。

3.1. 負地面偏移

在測試中，MAX13362和本地微處理器的接地相對于開關(guān)地以500mV的步長負偏移，以觀察可能的開關(guān)狀態(tài)錯誤變化。測試是在一臺接地開關(guān)和一個電池連接開關(guān)閉合的情況下進行的。即使接地偏移高達-5V，也沒有報告不正確的開關(guān)狀態(tài)。在整個測試過程中，所有SPI操作都完美無缺。

3.2. 正地面偏移

該測試是用一個封閉的接地連接開關(guān)和一個封閉的電池連接開關(guān)進行的。當接地偏移為3.2V時，接地連接的開關(guān)被錯誤地報告為“開路”。出現(xiàn)此錯誤是因為本測試中使用的MAX13362的輸入門限接近3.2V。正確報告電池連接開關(guān)的狀態(tài)，接地偏移量為5V。在此測試期間，所有SPI操作均正常工作。

3.3. 電池連接開關(guān)上的電池正電壓偏移

在該測試中，提供給外部（閉合）電池連接開關(guān)的電壓相對于通過電池反接保護二極管提供給MAX13362的電池電壓增加。目的是確保沒有異常電流流入受影響的輸入，并且MAX13362可以正確確定開關(guān)狀態(tài)。電壓偏移以500mV的步長增加，最高可達5V。未觀察到故障。SPI讀取的開關(guān)狀態(tài)始終正確。此外，無法測量輸入電流的增加。

結(jié)論

此處進行的測試均未損壞MAX13362。數(shù)據(jù)證實，MAX13362 IC非常堅固，符合其設(shè)計預(yù)期。表 1 總結(jié)了本文中描述的測試結(jié)論。

另外進行了ECU測試，MAX13362按預(yù)期工作。它 始終如一地提供強大的汽車開關(guān)接口。

審核編輯：郭婷