爱特梅尔：简化线路配置 两线LIN架构加快汽车联网设计（上） 汽车, 设计

forsuccess

[导读] 汽车内部网路开发时程可望大幅缩减。不同于传统标准的三线配置，两线区域互联网路（LIN）汇流排架构，可省却从端节点至电池的供电线及周边元件使用数量，简化电路复杂度，因而有助设计人员缩短汽车联网功能的开发时程。
关键词：汽车互联爱特梅尔传感器微控制器

　　现今，汽车往往包含数百个传感器，主要用于测量和报告温度与压力等参数。在大多数情况下，这些传感器位于车辆内，远离监控和处理传感器资料的主机微控制器 （Host MCU）。考量车辆的联网接线成本，这些传感器并不直接与控制器区域网路（CAN）或区域互联网路（LIN）连接。克服这种接线局限性的方法是将标准三线 LIN网路转化为两线配置，其中LIN的从端节点（Slave Node）从LIN汇流排主通讯线直接取电，从而省去每个从端节点到电池的供电线。

　　标准LIN汇流排包括一个主端节点及不超过十五个与单一网路相连的从端节点。物理LIN网路是三线配置，包括电源（车辆电池）、接地和LIN汇流排通讯线。在主LIN汇流排上通常需要一个1kΩ上拉电阻RLIN，在正常LIN汇流排运作中，此上拉电阻在LIN汇流排为LIN网路上的从端节点提供偏压，但不提供电力，从端节点的电力係来自电池输入（图1）。

　　

　　图1 标准三线LIN配置

　　设计人员可以使用简化为两线的非标准LIN网路架构，此种方法依靠连接的从端节点直接由从端LIN汇流排取得电能，进而省去从端节点到电池的独立供电线（图2）。

　　

　　图2 建议中的两线LIN配置

　　由于省去电池供电线，为从端节点供电仅需一个阻塞二极管、VDS和缓冲电容CVS_S，缓冲电容应在LIN资料包传输期间足以保持从端节点供电电压，定时推动LIN信号到接地。本文概述这种两线接线方法的实施方案，并确定完全实现两线LIN网路功能性必须考虑的固有系统折衷权衡。
左右从端节点性能　关键参数举足轻重
　　成功实施两线LIN网路的关键是连接从端节点的电能要求。必须给从端节点供应足够的电能，从而以最低系统工作电压维持通信：系统工作电压一般是9伏特 （V）。若无法满足这项条件，则不可能实施两线LIN解决方案。在两线实施方案中影响从端节点性能的关键参数为LIN汇流排电源、从端节点耗电量、从端节点缓冲电容及LIN汇流排资料协定。
　　影响两线LIN网路效能　汇流排电源很关键
　　LIN汇流排的性能受到主端节点向从端节点供电的限制。在这种配置中，LIN从端节点的供电将由LIN汇流排主端节点上拉电阻RLIN决定（图2）。从端节点的固定最低输入工作电压要求是5.5伏特。为满足这种最低工作电压要求，从端节点取得的负载电流必须不会使LIN主端节点上拉电阻的电压降增加，从而使提供给从端节点的输入电压下降到5.5伏特以下，这是从端节点电压调节器操作的最低操作电压临界值。图3显示在最低供电电压为5.5伏特时，采用不同的 LIN主端节点上拉电阻提供给从端节点的最大负载电流。

　　

　　图3 在供电电压为5.5V时，LIN网路主端节点上拉电阻和最大从端节点负载电流的关系。

　　在两线配置中，无法使用LIN标准规范中规定的1kΩ主端节点上拉电阻。这个电阻太大，因而无法正确地为从端节点负载供电。上拉电阻必须尽可能降到最低值，而不超过LIN驱动器的电流限制规范。在使用爱特梅尔（Atmel）典型LIN收发器ATA6624的情况下，推荐的最低上拉电阻值是220欧姆 （Ω）。当LIN汇流排电压设定较低时，电阻低于此数值可能导致过量电流经由LIN收发器。
　　牵动从端节点电流消耗　四大因素成关键
　　影响LIN从端节点整体电流消耗的因素为系统时脉频率、功率管理、睡眠模式及LIN调度。
　　首先，针对系统时脉频率，微控制器的系统时脉频率对从端节点的电流消耗的影响最明显，从端节点电流消耗与时脉频率成正比。显然，应该尝试采用最低的时脉频率，满足应用功能设计要求。
　　至于睡眠模式的电源管理方面，可经由低电流运作模式和高电流运作模式之间的工作周期，进一步降低两线LIN从端节点的整体电流消耗，如在LIN数据信框之间微控制器的省电/正常模式和LIN收发器的静音/正常模式（图4）。

　　

　　图4 典型电流对比系统时脉频率（注：2MHz系统时脉、8位元回应、空载、省电/静音模式测量1秒LIN调度表周期）