汽车车身控制模块系统设计 - 4

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那接下来我们进入到第四部分 BCM 的一些解决方案的一些推荐 那刚刚在刚刚的一节 我们其实对于系统的每个部分 都进行了说明 那么在这一部分的话 我们会针对于每一个子的模块 提供到一些相应的 TI 的解决方案 那第一个部分就是 Power Stage 那在这个地方主要是提供一些 high side 和一些 low side 那对于 high side 大家可以看到 我们现在已经推出了 TPS 1H 2H 系列产品 那么它的好处在于说 使用这些高边的它比较简单 那另外一个它具有一个 比较高精度的高边的电流 sense 那对于一些对电流 sense 要求 精度要求比较高的场合 那我们的 TPSxH 系列是比较适合 在这种工况下的应用 那在未来的话 TI 会推出 Low RDSon 的 family 关于高边驱动 那另一部分是低边开关 分为两个部分 一部分的话是分立的 大家可以使用一些 外部的 MOS 和一些驱动 去搭出这个分立方案 那 TI 可以提供 LM5112 UCC27424 跟 TPS2811 的驱动芯片 那如果大家使用集成度比较高的 那我们会有 ULQ2003 的达林顿管 能够支持低边驱动 那关于 interface 那主要其实大家可以看到有是 CAN 那目前 TI 的 CAN FD 能够支持到五兆的速率 那它的辐射是非常低的 那目前我们主要推荐的产品是 TCAN 的系列 TCAN1051 TCAN1042 那对于 LIN 的话 我们有 SN65HVDA100 跟 TLIN1029 那 Ethernet 目前我们大家 我们可以看到越来越多的产品 需要要求 802.3BW 的协议 那么我们会针对这个协议会有 DP83TC811 能够支持此项协议 那对于一般的 BCM 的诊断的话 我们有传统的 DP83848 可以支持诊断功能的 Ethernet 那在这个系统里可能还会包含一些 移位寄存器 还有一些 logic 那 TI 可以提供一些比如说像 TSX0104 的移位寄存器 还有一些或门 一些 buffer 一些与门 那针对输出的 interface 那一个部分是 led 的 Driver 那我们主要是 因为在 BCM 的应用里会比较简单 所以我们一般推荐会使用 一些线性的 LED Driver 我如 TLE4242 TPS92638 那对于还有一些我们会推荐 像 TPS61196 的这种多路的 LED 输出 那另外一些产品就是我们是 会在下面详细介绍我们的 Multiswitch detection interface MSDI 那目前我们推出了一款 具有ADC功能的 TIC12400 还有一款是没有ADC功能的10024 那针对于 voltage regulator 那我们其实可以推荐如下三种应用 一种是线性的 regulator 那么由于需要 input 接到 电池 所以我们这里推荐的都是 高压的 LDO 那如 TPS7B 系列跟 TPS7A 系列 那如果说系统 消耗电流比较大的时候 那其实本身系统的散热 LDO 的散热是个问题 那所以这时候 如果当系统的消耗电流比较大的时候 我们会推荐大家使用开关电源 那我们推荐的开关电源主要有 LM53600 LM214030 那对于另外一些 offboafd 的 sensor 那需要 attaction 的功能 我们主要推荐 TPS7B4250 跟 TBS7B4253 那这两款产品都支持 短路电池和短路地保护 那对于 Wireless TI 具有 LF Transceiver TRF4140 和 TF4260 那对于 Bluetooth 那我们会有 BLE5 的 cc2640 那目前这款part是在 2017 年的时候 是唯一的一个汽车等级的 BT5 的设备 那对于一些 cost 要求会比较高的 我们会有cc2541 我们的 BLE4 系列的产品 那我们还有一些 UHF 的产品 那对于 input 的信号 我们主要是推荐 TIC12400 跟 TIC10024 那么在接下来的时间里 我会为大家着重介绍 TIC12400 这一款 MSDI 产品 那接下来我为大家详细的 介绍 MSDI TIC12400 大家可以看到 这是一个典型的 BCM 的框图 那么 TIC12400 所实现的 就是对一些输入信号的调理 进行处理然后将它反馈到我们的 MCU 那左边的话是我们常见的一些输入信号 比如说钥匙 头灯 尾灯 转向灯 座位 后备箱开启 包括一些门控制 包括一些多功能的拨杆 那么这些输入会可以输入到 TIC12400 TIC12400 对这些信号进行处理 然后去到右边的执行机构 去驱动一些 Lighting 的继电器 一些 HVAC 然后还通过一些电机 可以去控制一些比如说像 power seat sunroof 和 power door 那这是一个典型的 TIC12400 的电路 那么对于 TIC12400 来说的话 它的前十个接口 IN0 到 IN9 都可以支持 short battery 跟 short ground 检测 sorry 是可以支持连接到电池 或者是连接到地的检测 那对于所有的接口来说的话 它都支持高电压 input 然后又可以支持反极性保护 不需要额外的增加二极管 去做这个反极性保护 那还有一个特点就是说 我们的汽车在启停的时候 可能会将电池电压拉到很低 那通常这个电池可能会 在恶劣的情况下可能在三伏左右 那么对于我们的 TIC12400 来说的话 即使我的输入的电压掉到0.8伏 那我所有的内部的寄存器的信息 都还依然存在 那另外的话它有一个 INT 的中断 当有一些 input 信号的时候 我们可以去使能这个中断 然后可以去唤醒整个系统 那另外的话它是 SPI 通讯 可以支持奇偶校验 跟 CRC 的错误检测 那么对于 TIC12400 来说的话 它主要是去监测特外部的一些input 然后去实现控制功能 那它的一个特点是说 它集成了一个 ADC 那么如果是有了 ADC 以后 那么它是可以支持电阻的编码开关 另外的话 由于使用了ADC的话 它可以使用一个 相对来说比较便宜的 MCU 又因为这些 input 信号的 模拟转数字 就不需要 MCU 来实现 所以相对来说的话 MCU选择的时候 是可以去省去 ADC 这项功能的 另外的话对于一些 input 的时候 我们可能需要去比较 input 的电压 然后来实现一些逻辑 那么对于我的这个比较器来说的话 我是可以去实现不同的比较电压的配置 那么这样的话 我会去增加我的这个检测的精度 那譬如说我通常情况下 我的低电平是 0.7 伏 那可能在一些极端情况下 这个电平可能到 1V 那么我可以将这个低电平的使能信号 放到1.2 伏或高一些 那么这样的话即使它在 1V 的时候 我也能够检测到这个低电平的信号 那刚刚我们讲了 它其实结合 它其实已经集成 ESD 跟反电池保护 那么这样的话 你就不需要在外部使用二极管 这样的话可以大大的降低 整个系统的外围器件 降低它的整个的 BOM cost 那么另外因为我们的系统 接下来我们会讲 它具有一个 polling 的功能 那如果是说我外部器件 使用的比较简单的话 那么可以使用较小的input电容 这样的话就可以实现比较好的 ESD 保护 那么这时候我的 polling 的时候 我整个系统的消耗电流也会下降很多 那刚刚讲的我们具有这个 wake-up 的中断 那么我们可以通过这个 系统轮询的过程中 那当有一些开关动作的时候 我们再去使能这个中断 然后去唤醒整个系统 可以降低整个系统电流消耗 那本身的话它还支持 CRC 校验 跟奇偶校验大大加强了 整个系统的鲁棒性 那它本身其实会有一些诊断功能 那包括像欠压过压湿电流 包括参考的检测 这样的话如果我们在系统 会有一些安全规范的需求的时候 我们可以通过这种诊断功能 大大的加强它的这个功能安全 刚刚我们讲了 TIC12400 具有一个 polling 的功能 那它的实现过程就是说 我每一个开关在一个周期以内 都会通过一小段时间去使能 增加一个湿电流来检测我的开关是否动作 这样的话就可以说整个input的信号 是不需要一直使用湿电流 那可以大大的降低整个系统的待机功耗 如果是说当我的系统里会有 开关动作的时候 我可以在这个 polling time 里面 去检知道 然后可以通过中断去唤醒整个的系统 那 TIC12400 的话 它其实还有一个 continue polling 功能 就是说它也可以使每个开关 一直使用湿电流检测的功能 那提供大家这个轮询的功能的好处 就是说降低整个系统的功耗 那唤醒的一个特点 那刚刚我们讲了 如果使用 MSDI 进行系统的 wake-up 的话 那么我们可以参考如下的一个示意图 那第一步的话 我们将 MCU 进入睡眠状态 可以降低整个系统的功耗 那只保持 MSDI 进行 polling 那当我 MSDI 检测到 系统有一个开关使能的时候 那么我的 MSDI 会去发出一个中断信号 那通过这个中断我们可以看到 我们去可以使能 regulator 那么当 regulator 的VDD有电以后 我们的 MCU 就可以正常工作 那这时候 MCU 可以通过使能 让整个系统上电 保证我的这个系统 能够在轮巡状态的时候 有一个很低的消耗电流 那我们看下来就是说 如果使用 polling 功能的话 整个系统的功耗 我们可以降低到 70uA 那针对于一个典型的的微控制器来说 它的功耗大概是三毫安 那么这样的话我们可以 节省大约 98% 的功耗 TIC12400 的一些特性 那第一个 Power 那我们刚刚讲了 按照我们上一页的框图 我们可以看到 如果我们使用这种唤醒功能的话 我们可以让整个 TIC12400 的系统 静态电流从 mA 级降到 uA 级 即可以降大概约 98% 的功耗 那另外一个就是说 我的整个系统是可以使用 polling 的 这样的话我就可以不需要 让所有的开关一直持续的具有 湿电流的状态 那第二个 protection 那对于我的 MSDI 来说 我集成了一个正负8000伏的 ESD 保护 和反向电池保护 那么这样的话我可以在input的地方 加很小的电容 而不需要加很大的 RC 吸收 就可以实现一个比较好的 ESD 保护 那么会大大的降低整个 BOM 的cost 然后使整个 BOM 的大小也会减小 那第三个性能 因为我在我们在 TIC12400 里面 已经集成了 ADC 的功能 所以使用这个 ADC 我们可以使用这个电阻编码的 Switch 这样的话我在很多个开关里面 我只需要使用较少数目的通讯口 就可以实现一个多路的开关检测 那另外一个就是说我具有自检测功能 可以增加整个系统的一个鲁棒性 那所以这一章的话我们会跟大家讲一讲 MSDI 我们会对比分立的方案 跟 MSDI 方案的一个两种方案的对比 那这是一个简单的分立方案的框图 大家可以看到在这个分立方案里面 我们使用了大量的电阻二极管和电容 我们针对 24 通道的应用里面 进行了一个统计 那我们可以看到 通常在 24 通道的这个 discrete 方案里面 我们会看到一般会有 78 个电阻 27 个电容 24 个diode 和 6 个 FET 然后会使用大约 27 个 GPIO 口 那对于我们的 MSDI 来讲的话 大家可以看到对比下来 我们的输入其实非常简单 那通常情况下 对于 Discrete 的元器件来说 我们只需要 24 个input的电容 那对于 GPIO 口我们只需要 interrupt 跟 SPI 那么我们大概只需要五个 GPIO 口 所以对比这个 Discrete 的方案 跟 MSDI 的方案 大家可以看到 我们大大的降低了整个系统的复杂度 使用较少的元件 实现了相同通道的检测 所以这张的话我会给大家看一下 这是一个典型的分立方案的 input 电路 大家可以看到黄色部分的话 就是我们能够看到的 它的 PCB 大小 那如果使用 MSDI 的话 我们会大大的降低这个 PCB 大小 大家可以看到 这是我们在同样的pcb板上 我们的 MSDI 使用的 pcb size 约 18×18 毫米 所以会大大的降低整个 pcb 的 size 所以如果在实际的应用中 大家在设计 BCM 的时候 如果对 PCB 的 size 要求比较高 对整个系统的静态电流要求比较高的话 那么我们会推荐大家使用 MSDI 的产品 这样会大大的降低 你的 PCB size 增降低整个系统电流消耗 那 MSDI 的一些特性 第一个就是说对于 MSDI 来说的话 那么我们可以看到系统里面 它会使用比较器 那么另外一种的话就是说 譬如说像右边 这是一个典型的拨杆的应用 它会使用多路的检测 那譬如说像我们的雨刷 有慢 快 超快或者是几个档位 那么这时候我们需要不同的电平检测 那在这个时候的话 使用ADC 是一个非常好的解决方案 那么 MSDI 的话 它就是可以设置五档的 ADC 检测 所以如果使用 MSDI 的话 它的好处其实显而易见的 第一就像我们刚刚讲的 它不需要一个在 RTC 在 MCU 里面 这样的话你可以去使用一个 比较便宜的 MCU 又那第二个就是说 对于我的 ADC 的 input 我只有五档的电压可调 那么对于这个系统来讲的话 你的设计就会更简单 那另外一部分就是说 如果我使用比较器的话 那去实现数字的一个 input 那么我整个系统 power 消耗会大大的降低 那刚刚我们讲的 对于我 MSDI 来讲的话 如果我使用它的内部的比较器 那么我其实是有四档可以调 2V 2.7V 3V 4V 那么我们可以譬如说 我可以当我的 input 在 2V 是属于低电平的时候 我可以让我的门槛值 提高到 2.7 伏或 3V 那这个值我们可以在实际的应用中 可以根据电路的一些特性可以去调整 那另外对于 ADC 来说的话 它的 threshold 是 1023 个代码 所以你可以在 1023 个代码里面去 设置五个检测的门槛值 所以这个对于我们使用这种 电阻编码器的这种监测是非常好的 那另外一个还有一个 detection filter 那我们知道在一些开关的使用里面 我们的机械开关可能会有一些回弹性 那么在有一些应用里面 我们可以看到机械开关可能会有一些 将接触未接触的状态出现 那么对于我的 MSDI 来说 我会有一个寄存器可以去设置 如图中所示 我们在这个 Switch bouncing 的状态 可能会有些回弹 导致我的整个检测有低有高 那这时候我是可以通过去设置这个寄存器 去设置我在检测几个脉冲都为低以后 才认为这个使能是有效的 那这个寄存器 我们可以把这个使能信号的脉冲 可以去自由的配置成 1234 4个档位 那譬如说 在这个如图中所示的这个应用里面 当我在这个 Switch 的状态时候 我会检测到一个低低高的状态 那这时候我认为它是一个 bouncing 的状态 那我会认为这是一个状态 是一个无用的状态 那当这个 bouncing 结束以后 我会连续检测到四个低 那这时候我才去 去释放我的中断信号 所以对于这个应用来讲的话 它的好处在于说 我可以去通过我的寄存器软件设置 很好地消除这些机械 带来的一些接触不良的现象 而本身的话 其实你只需要在寄存器里 进行简单的设置就好 不需要通过软件 去做额外的处理 Fault detection 对于我们 MSDI 来说 它具有如下几个 Fault detection 一个是过电压 另外一个是低电压 然后包括 CRC 的校验 SPI 的奇偶有校验 包括像过温关机和过温的警告 那么这些 Fault detection 可以去 monitor 整个系统的工作状态 那么会增强整个系统工作的一个鲁棒性 这是分立方案所不能具备的一个优势 那刚刚讲的我们具有一些 ADC 诊断 湿电流的诊断 那对于这个系统里面的话 如果是说我进行 ADC 诊断的话 我会去通过我的 ADC 去使能 通过我的寄存器 去使能我内部的 ADC 的参考 那这时候我通过我 TIC12400 的内部的 ADC 去检测这个内部的 ADC 的参考 然后来判断我的 ADC 是否正常 那一样它通过内部的湿电流 灌入到 R1 R2 这时候我去检测 R1 R2 的分压 然后来判断我的湿电流是否正常 所以这个都是分立方案 所不能够提供的一个诊断功能 那另外一个就是说 对于我的系统来讲的话 当我需要多个 input 的时候 那如果是你使用传统的比较器的话 那么你可能需要去两个口 那对于我的 12400 来说的话 我完全可以使用内部的 ADC 去检测不同的电平 来判断我的 switch 的状态 那譬如说如右边 假设当我在 switch1 开通的时候是 1V 那么我还有一个就是说当我 switch2 开通的时候 我的电流可能会 电压可能是 0.5 伏 那么我这时候 可以分别去判断这两个电压 来判断我的 S1 跟 S2 是否关上 那它的好处就是说 可以大大的降低