可達(dá)成高效控制的高壓器件 - 連接車載應(yīng)用與系統(tǒng)，深度解析汽車接口技術(shù)

　　高壓

　　圖2列出了采用LIN連接的一些應(yīng)用實(shí)例。這些應(yīng)用通常需要能夠直接使用汽車電瓶電壓高效地控制各種12V機(jī)械致動(dòng)器的高壓器件。應(yīng)用實(shí)例包括：車窗升降、車座位置調(diào)整、雨刮器和渦輪增壓器襟翼控制。芯片上通常內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器，可提供高達(dá)1安培的電流。此外，還需要使用外置MOSFET。由于微控制器不能直接驅(qū)動(dòng)外置MOSFET，因此必須使用內(nèi)置柵極驅(qū)動(dòng)器，常見的例子是H橋和B6柵極驅(qū)動(dòng)器。用于控制這些應(yīng)用的任何微控制器均需使用一個(gè)低于汽車電瓶電壓的工作電壓，因此，通常需要使用一個(gè)低壓降穩(wěn)壓器為MCU提供穩(wěn)定電壓。

　　一個(gè)8位Atmel微控制器通常在一個(gè)由10－16個(gè)LIN從節(jié)點(diǎn)組成的小集群中工作，我們可以將其用于這些應(yīng)用，同時(shí)確保所要求的響應(yīng)時(shí)間。

　　抗擾能力有可能對(duì)LIN應(yīng)用構(gòu)成一大挑戰(zhàn)。這是因?yàn)長IN總線可能長達(dá)幾米，暴露于電子噪聲環(huán)境。Atmel的器件具備異?？煽康腅MC/EMI（電磁兼容/電磁干擾）特性以及6 kV的ESD（靜電放電）抗擾度。汽車制造商規(guī)定必須遵從一些通用標(biāo)準(zhǔn)，而Atmel的器件通過了這些標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證。Atmel在其故障安全型LIN器件中采用一種非?？煽康腟OI技術(shù)。Atmel的某些LIN器件在硬件中實(shí)現(xiàn)了LIN協(xié)議軟件棧的最底層。這不僅有助于大幅減少那些成本敏感型應(yīng)用的物料清單（BoM），而且還能為應(yīng)用釋放大量閃存空間。除此之外，Atmel還與一些領(lǐng)先的行業(yè)合作伙伴開展合作，以確保提供完整的生產(chǎn)級(jí)質(zhì)量的LIN協(xié)議軟件棧。

　　圖3 – 小型直流電動(dòng)機(jī)的H橋控制

　　Atmel最新推出的系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片ATA664151便于設(shè)計(jì)人員為LIN總線系統(tǒng)開發(fā)價(jià)格低廉而強(qiáng)大的主從節(jié)點(diǎn)。它內(nèi)置一個(gè)8信道高壓接口、一個(gè)遵從LIN 2.2a和SAEJ2602-2的LIN收發(fā)器、一個(gè)可調(diào)Window Watchdog和一個(gè)低壓降穩(wěn)壓器，可提供5V輸出電壓和高達(dá)80mA的電流。Atmel ATA664151專為LIN開關(guān)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，并將幾乎整個(gè)LIN節(jié)點(diǎn)集成到一個(gè)封裝中。 ATA664151的強(qiáng)大功能集使其對(duì)于LED控制、繼電器控制、外置晶體管控制等其它眾多應(yīng)用也頗具價(jià)值。設(shè)計(jì)人員可以方便靈活地配置ATA664151的高壓端口，使其完美匹配所需應(yīng)用。此外，ATA664151還具備各種可提高系統(tǒng)魯棒性和可靠性的功能，如過壓和欠壓檢測、過熱檢測、高壓端口和電源電壓測量等。

　　圖3顯示了一個(gè)采用ATA664151的電動(dòng)機(jī)控制應(yīng)用示例。該設(shè)計(jì)在車窗升降應(yīng)用中可能較為常見，其中繼電器用于為一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)提供雙向驅(qū)動(dòng)電流。該設(shè)計(jì)利用ATA664151的并行輸出能力提高繼電器的電流驅(qū)動(dòng)能力。如該例所示，僅僅使用ATA664151、一個(gè)Atmel主控MCU和幾個(gè)無源組件，我們就能設(shè)計(jì)出一個(gè)通過LIN連接的ECU。為了簡化設(shè)計(jì)，我們也可以將ATA664151和一個(gè)Atmel ATtiny167 MCU集成到一個(gè)封裝中。

　　汽車門禁

　　另一個(gè)增長迅猛并被消費(fèi)者廣泛接受的汽車電子領(lǐng)域就是汽車門禁系統(tǒng)。無線接口是實(shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)的技術(shù)：1）300-900MHz范圍內(nèi)的射頻（RF）和2）100-150KHz范圍內(nèi)的低頻（LF）。每個(gè)接口都具有獨(dú)特、非常適合這些應(yīng)用的屬性和特點(diǎn)。RF通信接口通常傳輸距離較遠(yuǎn)（30-300米），而且允許使用多種降噪技術(shù)來確?？煽康臄?shù)據(jù)交換。LF通信接口的傳輸距離通常要小很多（對(duì)于接收應(yīng)用，小于10米；對(duì)于收發(fā)應(yīng)用，小于《 0.05米），能夠從低頻電磁場采集能量，并可使用遠(yuǎn)低于RF所要求的電流進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)。

　　Atmel從一開始就一直在為RKE系統(tǒng)提供RF發(fā)射器和接收器。隨著OEM廠商要求增加傳輸距離、提高可靠性和降低功耗的呼聲日益增高，Atmel繼續(xù)致力于提供能力更強(qiáng)的新型發(fā)射器、接收器和收發(fā)器。目前包括集成高效的微控制器技術(shù)，為門禁應(yīng)用打造超低功耗的單芯片解決方案，其中包括高效、超低電流的微控制器技術(shù)。RKE車鑰匙發(fā)射器的一個(gè)例子是ATA557x系列。如圖4所示，它集成了一個(gè)Atmel微控制器、4K用戶內(nèi)存和一個(gè)固定N型PLL RF發(fā)射器。

　　圖4 – 用于實(shí)現(xiàn)RKE功能的ATA577x車鑰匙原理圖

　　當(dāng)今的汽車門禁系統(tǒng)還能提供發(fā)動(dòng)機(jī)防盜鎖止（IMMO）和無源開鎖/無源啟動(dòng)（PEPS）功能。RKE完全依賴于射頻（RF）實(shí)現(xiàn)無線操作，而IMMO和PEPS則使用低頻（LF）。配備IMMO功能的車鑰匙必須能夠在不使用電池的情況下“收聽”和“回應(yīng)”汽車發(fā)起的查詢。這要求鑰匙中的控制電子元件能夠利用從汽車產(chǎn)生的LF電磁場采集的微乎其微的電能來運(yùn)行。為了讓汽車能夠?qū)﹁€匙進(jìn)行身份驗(yàn)證，需要使用安全性極高的高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）。

　　圖5顯示了Atmel的另一個(gè)高集成度器件。如圖所示，只需很少的外部元件就能實(shí)現(xiàn)具備RKE和IMMO功能的車鑰匙。ATA5795包含一個(gè)微控制器、安全的EEPROM、轉(zhuǎn)發(fā)器和一個(gè)可對(duì)輸出功率、頻率和調(diào)制參數(shù)進(jìn)行編程的RF發(fā)射器。注：即使紐扣電池耗盡電量，IMMO也完全能夠正常工作。

　　圖5 – 用于實(shí)現(xiàn)RKE和IMMO功能的ATA5795車鑰匙原理圖

　　本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)7月《汽車電子特刊》Change The World，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！