开发基于LIN协议的新型汽车感测器系统

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       随着汽车电子系统的进展,对低成本、高可靠性感测器系统的需求变得越来越重要。尽管为满足这些需求还有许多挑战需要克服,但互连架构和混合讯号制程的进步已经大幅增强了智慧性、降低了成本并提高了可靠性。而且,更多的先进技术也不断问世。

  目前,大多数感测器系统是基于一种架构,即从感测器直到系统的主要电子控制单元(ECU)都是类比讯号链。在极为嘈杂的汽车环境中,要保持这些系统的讯号完整性是一个挑战。

  一种解决方案是采用简单的专用技术(例如脉冲宽度调变(PWM)或可变脉冲宽度),在不同的实体层上以数位方式传送讯号。但这些方法存在几个缺点。一般而言,每个讯号都需要一根单独的线路,而且资讯通常是从感测器单向输出到主要的ECU。因此不可能利用这种感测器子系统进行双向通讯和诊断。

  另一种方案是利用CAN汇流排将讯号传回到主要ECU。不过,这种方法通常需要一个微控制器和支援电路,因而会增加相当可观的成本。

 


图1:基于LIN的感测器系统架构。

  目前有两种技术趋势推动汽车感测器系统的发展:区域互连网路(LIN)协议和混合讯号半导体制程技术的进步。

  尽管LIN最初瞄准的是车身电子组件,但它已被创造性地应用于新的方面,例如感测器介面。 LIN所具备的几种特性使其适于作为感测器子系统的实体层和协议。这是一种低成本、双向的单线实体层实现方法,减少了对讯号线及其线束的需求。如果模组中含有一个以上的感测器就更能突显这种方法的优势,而且所有的输出都能透过多工在单一LIN汇流排上实现。

  基于LIN的感测器系统架构

  LIN协议基于主从架构,在这种架构中,所有的汇流排通讯都由主节点控制和调度。这种特性为讯号传输提供了保证的延迟时间,使系统具有可预测性,这对大多数感测器讯号来说是绝对必需的。 LIN汇流排架构可扩展到16节点,而且不需要仲裁机制,因为所有的汇流排通讯都由主节点调度。

  从节点是自同步的,并可利用晶片上RC振荡器代替晶振或陶瓷谐振器,因而在系统级上大幅降低成本。该协议十分简单且已标准化,适用于异步串列介面(UART/SCI)。此外,矽实现的成本相当低,甚至采用通常用于感测器讯号介面IC的混合讯号制程也是这样。透过标准化,基于LIN的感测器子系统能降低成本、提高可靠性。

  混合讯号半导体制程的不断发展使整合化程度越来越高,尤其是在数位整合度和类比精密度方面。目前有几种制程适用于汽车感测器应用,如线性BiCMOS、高压CMOS和绝缘层矽(SOI)。每一种制程都有其优点和缺点,要根据感测器类型和应用需求来进行选择。

  这些制程允许用单晶片SoC实现整个感测器系统的电子组件,包括电源、高电压作业、数位电路、记忆体、时脉源和高精密度类比电路。

 


图2:目前的感测器系统架构。

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