T-BOX系統(tǒng)解決方案深度剖析之接口

遠(yuǎn)程信息處理控制單元（TCU或T-BOX）是一種嵌入式車載系統(tǒng)，可應(yīng)用于車輛的無線跟蹤與通信等領(lǐng)域。

接口概述：

如下圖-1所示，T-BOX有各種各樣的接口與總線相連，不僅包括傳統(tǒng)的控制器局域網(wǎng)CAN（Controller Area Network）、局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)LIN （Local Interconnect Network）以及調(diào)試接口RS232/RS485/USB2.0，還包括了汽車總線“新貴”車載以太網(wǎng)（Ethernet）。

圖-1

這些接口的用途總結(jié)如下表-1所示：

表-1

下面分別介紹這四種不同的總線，并推薦相應(yīng)的接口芯片。

1） CAN

該總線于上世紀(jì)80年代由德國博世公司提出，至今已經(jīng)成為了汽車中不可或缺的重要組成部分。為滿足車載系統(tǒng)的不同要求，CAN總線又分成高速CAN和低速CAN。

高速CAN主要用在對實(shí)時性要求高的動力系統(tǒng)的控制，如發(fā)動機(jī)、自動變速箱、組合儀表等。傳輸速率在125kbit/s - 1Mbit/s之間。

低速CAN主要是用在對實(shí)時性要求較低的舒適系統(tǒng)和車身系統(tǒng)的控制，如空調(diào)控制、座椅調(diào)節(jié)、車窗升降等。傳輸速率在5kbit/s - 125kbit/s之間。

如下圖-2所示，高速CAN與低速CAN之間通過網(wǎng)關(guān)互連，該網(wǎng)關(guān)可由CAN總線上的一個節(jié)點(diǎn)代替。

圖-2（注：ECU為Electronic Control Unit，電子控制單元）

采用CAN傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)有很多，比如：實(shí)時性強(qiáng)，傳輸距離較遠(yuǎn)，抗電磁干擾能力強(qiáng)，成本較低；采用雙線串行通信方式，檢錯能力強(qiáng)，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作；可靠的錯誤處理和檢錯機(jī)制；具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能等。

TI的主推的CAN總線接口芯片為TCAN1042-Q1 ，TCAN1051-Q1以及TCAN1043-Q1，下表-2列出了這三者的區(qū)別。

型號	芯片內(nèi)部簡圖	區(qū)別
TCAN1042-Q1		支持帶有總線喚醒功能的低功耗待機(jī)模式（standby）。待機(jī)模式電流為uA 級別。
TCAN1051-Q1		與TCAN1042不同，TCAN1051采用的是靜音模式（silent）而不是待機(jī)模式（standby）。靜音模式通常也稱為“只聽（listen only）”或者“只接收（ receive only）”模式。從外部引腳看，STB改成了S。靜音模式電流模式為mA級別。
TCAN1043-Q1		帶有喚醒和故障檢測功能。喚醒功能：除了CANH/CANL上的活動之外，WAKE引腳還允許TCAN從本地事件中被喚醒。故障檢測功能：包括多種保護(hù)和診斷功能，如線路短路檢測和電池連接檢測。

表-2

相比于同類產(chǎn)品，TI的優(yōu)勢如下：

符合國際領(lǐng)先的電磁兼容（EMC）標(biāo)準(zhǔn)；

可去除共模扼流圈，從而減少汽車設(shè)計過程中的材料成本和空間；

強(qiáng)大的總線故障和靜電放電（ESD）保護(hù)功能：高達(dá)70V的總線故障保護(hù)，完全滿足汽車電池的要求，可以防止CAN總線引腳出現(xiàn)短路直流電壓引起故障；高達(dá)±15kV的 ESD保護(hù)，且無需外部瞬態(tài)電壓抑制（TVS）二極管，節(jié)省了電路板空間和成本；

帶寬增加：高達(dá)5 Mbps的速度，提高了CAN網(wǎng)絡(luò)上電子控制單元（ECU）和節(jié)點(diǎn)之間的通信速度和數(shù)據(jù)傳輸能力；

業(yè)界最短的環(huán)路延遲：僅為175 ns。

2） LIN

“不是有CAN了嗎？為何還需要LIN？”原因很簡單，CAN總線太貴啦！如果處處都用CAN的話，整車的總線架構(gòu)成本會很高。在一些不需要高速傳輸?shù)膱龊希畿嚿黼娮优浼ㄜ嚧?、車鎖等），LIN完全可以滿足需求。

LIN網(wǎng)絡(luò)在汽車中一般不獨(dú)立存在，通常會與上層CAN網(wǎng)絡(luò)相連，形成CAN-LIN網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，CAN-LIN網(wǎng)關(guān)也可由CAN總線下的一個節(jié)點(diǎn)代替。如下圖-3所示。

圖-3

LIN總線主要是面向汽車低端分布式應(yīng)用的低成本，低速串行通信總線。它的目標(biāo)是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)提供輔助功能，在不需要高帶寬和多功能的場合下使用，以降低成本。

TI的主推LIN總線接口為SN65HVDA195-Q1，速度可達(dá)20-kbps。

3） 車載以太網(wǎng)

新的汽車功能（如自動泊車系統(tǒng)，高級娛樂系統(tǒng)等）對新的數(shù)據(jù)總線傳輸提出了更高的要求。顯然，未來需要更加開放、高速、易于集成、線路部署成本低的車載網(wǎng)絡(luò)。這大大推動了以太網(wǎng)進(jìn)入車載網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程。

目前而言，車載以太網(wǎng)主要應(yīng)用于非CAN的部分，主要是解決高速數(shù)據(jù)傳輸、協(xié)議兼容和成本受限的問題，并非用于取代CAN總線。CAN與車載以太網(wǎng)之間通過網(wǎng)關(guān)互連，如下圖-4所示。未來以太網(wǎng)有可能替代車內(nèi)所有連接，引發(fā)新的車載總線革命。

圖-4

與同類產(chǎn)品相比，TI于2018年5月推出的以太PHY接口DP83TC811S-Q1，優(yōu)勢非常突出：

支持多個MAC接口：SGMII / RGMII / RMII / MII；

更低的延時：小于150ns，僅為同類產(chǎn)品的一半，從而使汽車在ADAS等系統(tǒng)能快速響應(yīng)；

低功耗：210mW；

與未來的1000M PHY引腳完全兼容；

集成度更高，可減少外部元器件（如電源去耦電容），節(jié)省一半以上的PCB布局空間，EMI性能優(yōu)越。

審核編輯：郭婷