汽車LIN總線驅(qū)動傳感器應(yīng)用

現(xiàn)今的汽車平均帶有50多個不同的傳感器，用于監(jiān)控各種物理變量。由于制動器的使用增加，因而要求傳感器提供相應(yīng)的輸入值，所以這個數(shù)字還會繼續(xù)增長。此外，對信號系統(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，所以工程師面對的挑戰(zhàn)已經(jīng)變成如何將傳感器組變換成一個高效的高性能數(shù)字子系統(tǒng)。

　　驅(qū)動傳感器的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，可以實現(xiàn)數(shù)字數(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。

　　在動力傳動領(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)點帶有傳感元件、一個信號調(diào)節(jié)微控制器和一個信號收發(fā)器。由于數(shù)據(jù)線的長度常常大于1米，數(shù)據(jù)傳輸主要采用模擬信號調(diào)節(jié)，所占比例大約為90%，模擬信號調(diào)節(jié)確實具有一些優(yōu)點。

模擬信號調(diào)節(jié)技術(shù)可與先前的機械式或機電式檢測系統(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，對傳感器的需求在增加，這使得模擬信號調(diào)節(jié)缺少吸引力。隨著ADC分辨率達到10位，以及通過將信號電壓箝位在最低或者最高電平來指示兩個不同失效模式的方式，模擬技術(shù)已經(jīng)達到其性能的極限，它們將被不同的數(shù)字數(shù)據(jù)傳送模式所取代。

　　數(shù)字數(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)點和缺點。簡單的電流調(diào)制能夠?qū)崿F(xiàn)成本效益非常高的ECU設(shè)計和接線方式。在ECU內(nèi)，使用一個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，從簡單的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)計成一個以定時器為基礎(chǔ)的捕獲比較單元。電壓調(diào)制的一個不足之處是必須使用一種3線連接。還包括在電磁兼容測試中還會發(fā)生其它問題，因為大多數(shù)PWM驅(qū)動器都不包含斜率控制。此外，靜電保護功能也較弱。

　　LIN總線協(xié)議結(jié)合了上述全部優(yōu)點。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現(xiàn)出色的電磁兼容性能，LIN的靜電保護功能可以實現(xiàn)針對嚴苛環(huán)境的可靠的系統(tǒng)設(shè)計。最后，LIN總線收發(fā)器具有高生產(chǎn)率，可以實現(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)計更具成本效益優(yōu)勢的設(shè)計。

系統(tǒng)設(shè)計的概念需要在ECU等級上加上一個上拉電阻，以便通過數(shù)據(jù)線為LIN從屬傳感器控制電流源。在LIN從屬傳感器處，僅需要一個緩沖電容器。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間部分，因為該狀態(tài)對LIN從屬負傳感器的緩沖容量造成泄放。

　　使用LIN的傳感器系統(tǒng)設(shè)計可以視為一個三步過程。首先找到一個包含傳感元件的分離的從屬節(jié)點設(shè)計，一個基于LIN的系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片，以及一個用于信號調(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。第二步是可以將設(shè)計轉(zhuǎn)換成一種單芯片、多晶片SiP設(shè)計，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芯片，實現(xiàn)智能狀態(tài)機，工程師可以進一步實現(xiàn)先進的單芯片LIN傳感器節(jié)點設(shè)計。

　　總之，從車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的角度來看，LIN總線不僅增強了汽車驅(qū)動，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微控制器是實現(xiàn)低功耗設(shè)計的關(guān)鍵。此外，工程師可以設(shè)計符合EMV標準的最穩(wěn)健的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)具有愛特梅爾LIN收發(fā)器和SBC所提供的先進的電磁兼容和靜電防護性能。