開發(fā)基于本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LIN）協(xié)議的新型汽車傳感器系統(tǒng)
互聯(lián)網(wǎng) xjm82395219邢 汽車構(gòu)造維修 2008-08-17
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隨著汽車的電子含量不斷提高，對低成本、高可靠性傳感器系統(tǒng)的需求變得越來越重要。盡管為滿足這些需求還有許多挑戰(zhàn)需要克服，但互連架構(gòu)和混合信號工藝的進(jìn)步已經(jīng)極大地增強(qiáng)了智能性、降低了成本并提高了可靠性。而且，更多的先進(jìn)技術(shù)還在不斷涌現(xiàn)。 目前，大多數(shù)傳感器系統(tǒng)是基于這樣一種架構(gòu)，即從傳感器直到系統(tǒng)的主要電子控制單元(ECU) 都是模擬信號鏈。在極為嘈雜的汽車環(huán)境中，要保持這些系統(tǒng)的信號完整性是一個(gè)挑戰(zhàn)。 一種解決方案是采用簡單的專用技術(shù)(例如脈沖寬度調(diào)制(PWM)或可變脈沖寬度)，在不同的物理層上以數(shù)字方式傳送信號。但這些方法存在幾個(gè)缺點(diǎn)。一般而言，每個(gè)信號都需要一根單獨(dú)的線路，而且信息通常是從傳感器單向輸出到主要的ECU。因此不可能利用這種傳感器子系統(tǒng)進(jìn)行雙向通信和診斷。 另一種方案是利用CAN總線將信號傳回到主要ECU。不過，這種方法通常需要一個(gè)微控制器和支持電路，從而會(huì)增加相當(dāng)可觀的成本。 目前有兩種技術(shù)趨勢推動(dòng)汽車傳感器系統(tǒng)的發(fā)展：本地互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)協(xié)議和混合信號半導(dǎo)體工藝技術(shù)的進(jìn)步。 盡管LIN最初瞄準(zhǔn)的是車身電子組件，但它已被創(chuàng)造性地應(yīng)用于新的方面，例如傳感器接口。LIN所具備的幾種特性使其適于用作傳感器子系統(tǒng)的物理層和協(xié)議。這是一種低成本、雙向的單線物理層實(shí)現(xiàn)方法，減少了對信號線及其線束的需求。如果模塊中含有一個(gè)以上的傳感器就更能凸顯這種方法的優(yōu)勢，而且所有的輸出都能通過多路復(fù)用在單一LIN總線上實(shí)現(xiàn)。 基于LIN的傳感器系統(tǒng)架構(gòu) LIN協(xié)議基于主從架構(gòu)，在這種架構(gòu)中，所有的總線通信都由主節(jié)點(diǎn)控制和調(diào)度。這種特性為信號傳輸提供了保證的延遲時(shí)間，使系統(tǒng)具有可預(yù)測性，這對大多數(shù)傳感器信號來說是絕對必需的。LIN總線架構(gòu)可擴(kuò)展到16節(jié)點(diǎn)，而且不需要仲裁機(jī)制，因?yàn)樗械目偩�通信都由主節(jié)點(diǎn)調(diào)度。  圖1：基于LIN的傳感器系統(tǒng)架構(gòu) 從節(jié)點(diǎn)是自同步的，并可利用片上RC振蕩器代替晶振或陶瓷諧振器，從而在系統(tǒng)級上大幅降低成本。該協(xié)議十分簡單且已標(biāo)準(zhǔn)化，可用于異步串行接口(UART/SCI)。此外，硅實(shí)現(xiàn)的成本相當(dāng)?shù)�，甚至采用通常用于傳感器信號接口IC的混合信號工藝也是這樣。通過標(biāo)準(zhǔn)化，基于LIN的傳感器子系統(tǒng)能降低成本、提高可靠性。混合信號半導(dǎo)體工藝的不斷發(fā)展使集成化程度越來越高，尤其是在數(shù)字集成度和模擬精度方面。目前有幾種工藝可用于汽車傳感器應(yīng)用，如線性BiCMOS、高壓CMOS和絕緣體硅(SOI)。每一種工藝都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，要根據(jù)傳感器類型和應(yīng)用需求來進(jìn)行選擇。 這些工藝允許用單芯片SoC實(shí)現(xiàn)整個(gè)傳感器系統(tǒng)的電子組件，包括電源、高電壓操作、數(shù)字電路、存儲器、時(shí)鐘源和高精度模擬電路。 混合信號接口IC 德州儀器的部分定制混合信號ASIC傳感器接口IC是這類產(chǎn)品的范例。在這些產(chǎn)品中，傳感器信號接口采用了混合信號半導(dǎo)體工藝及LIN通信總線。這種單芯片傳感器接口IC幾乎集成了需要連接到傳感器、汽車電子網(wǎng)絡(luò)和LIN總線的每一個(gè)元件。這些器件中的典型組件包括用于匹配傳感器和系統(tǒng)需求的汽車電壓調(diào)節(jié)器、用于直接連接傳感器輸出的模擬濾波前、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字濾波和控制、一個(gè)LIN協(xié)議控制器以及LIN物理層。  圖2：目前的傳感器系統(tǒng)架構(gòu) 通過改變傳感器系統(tǒng)的架構(gòu)，即利用LIN作為信號和通信接口，并基于混合信號IC來實(shí)現(xiàn)它，我們可以在系統(tǒng)級獲得若干優(yōu)勢。LIN允許在單線上進(jìn)行雙向通信，因此主節(jié)點(diǎn)能夠請求傳感器提供診斷信息，或者在需要時(shí)傳感器能提供系統(tǒng)故障信息。 LIN協(xié)議和物理層是LIN聯(lián)盟針對汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)的開放式規(guī)范。最近，美國汽車工程師協(xié)會(huì)根據(jù)J2602規(guī)范為LIN應(yīng)用增添了一些很好的實(shí)例，去掉了專用接口及協(xié)議，從而可實(shí)現(xiàn)傳感器復(fù)用，并能使它們基于已知的、可靠且魯棒的通信系統(tǒng)。 即使模塊中含多個(gè)傳感器，也有可能創(chuàng)建只有三根線(電池、接地和LIN)的傳感器模塊。減少線和線束可以減小傳感器的封裝尺寸，優(yōu)化傳感器的布局，并降低布線敏感度。 使用先進(jìn)的混合信號工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器接口IC，可以從幾方面降低系統(tǒng)成本：更少的元件；更少的庫存；更小、更簡單的PCB設(shè)計(jì)；更小的傳感器外形尺寸以及更高的可靠性。而且，由于使用片上RC振蕩器，就可省去晶振或諧振器作為時(shí)鐘源。 目前取得的這些進(jìn)展只是在提高汽車傳感器系統(tǒng)的智能和性能方面邁出了幾小步。下一代混合信號工藝(例如LBC5和LBC7)能將更多的智能和功能集成到傳感器子系統(tǒng)中。我們甚至可以設(shè)想，下一代傳感器接口IC將包括能為傳感器子系統(tǒng)提供編程功能，并增加靈活性的小型集成微處理器。 |
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