基于安森美半导体的车载网络优化解决方案

　　对电子系统设计工程师而言，汽车工业正在进入一个令人鼓舞而充满挑战的时期，诸如信息娱乐、遥感测试、安全和控制等应用需要若干种联网标准。CAN是控制器局域网络（Controller Area Network, CAN）的简称，是由研发和生产汽车电子产品着称的德国BOSCH公司开发的，并终成为国际标准（ISO11898）。是国际上应用广泛的现场总线之一。本地互连网络（LIN）是一种用于汽车中分布电子系统的新型低成本串行通讯系统，它是现有汽车多重传输网络的补充。FlexRay实现的初期功能是迈向全自动无人驾驶（或近乎全自动驾驶）的步。虽然早的设想是实现汽车线控（X-by-wire）（线控驱动、线控驾驶等），然而其他发展趋势也在推动FlexRay技术的发展和应用

　　作为具备丰富汽车知识的汽车半导体解决方案供应商，安森美半导体广泛的汽车元器件组合为车载网络提供了各种优化解决方案，包括独立的LIN收发器、独立的CAN收发器、系统级芯片，以及FlexRayTM 收发器等，为汽车制造商提高汽车电子系统的性能提供了多种选择。

　　车载网络的优势

　　随着汽车技术的发展以及电子技术和控制技术在汽车上的大量应用，汽车中的电子控制模块越来越多，已由原来的几个发展到现在的几十个，传统的数据传输方式已不能满足模块之间数据传输的要求。在汽车控制系统中日渐普及的CAN有助于高速传输汽车控制系统的数据，并使汽车控制系统的设计更为简单。

　　目前，CAN协议及其网络系统已被汽车厂商普遍采用。CAN协议明确定义了数据链路层和物理层的内容。CAN具有十分优越的特点，可实现性能、功耗及电子控制单元（ECU）成本的优化，有利于实现车身控制模块、车内温度控制、座椅控制、电动助力转向（EPS）、自适应照明、雨量/光强传感器、泊车辅助及传输模块等广泛的车载应用。

　　LIN则是一种低成本的串行通信网络，用来实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN的目标是为现有汽车网络（例如CAN总线）提供辅助功能，因此LIN总线是一种辅助的总线网络。在不需要CAN总线的带宽及多功能的场合（如智能传感器和制动装置之间的通信）使用LIN总线可以大大节省成本。

　　安森美半导体的车载网络解决方案

　　安森美半导体（ON Semiconductor，美国纳斯达克上市代号：ONNN）拥有跨越的物流网络和强大的产品系列，是电源、汽车、通信、计算机、消费产品、医疗、工业、手机和军事/航空等市场客户之高能效电源解决方案供应商。公司广泛的产品系列包括电源、模拟、数字信号处理器、混合信号、先进逻辑、时钟管理和标准元器件。

　　目前，汽车制造商都在利用行业标准的接口连接分布式系统。安森美半导体提供了一系列创新的车载网络产品组合，包括CAN、LIN和FlexRay收发器，这些产品均获得了AEC和TS16949。该公司还提供集成了稳压器、驱动器、收发器和监控功能等其他电路的系统级芯片。图1是LIN和CAN总线连接的典型系统划分及安森美半导体的典型器件。

　　图1：LIN和CAN总线连接的典型系统划分

　　1. 独立的CAN收发器

　　随着CAN总线在各个行业和领域的广泛应用，对其的通信格式标准化也提出了更严格的要求。1991年CAN总线技术规范（Version2.0）制定并发布。该技术规范共包括A和B两个部分。其中2.0A给出了CAN报文标准格式，而2.0B给出了标准的和扩展的两种格式。美国的汽车工程学会SAE在2000年提出了J1939协议，此后该协议成为了货车和客车中控制器局域网的通用标准。

　　安森美半导体的NCV7341是一款CAN收发器，可作为CAN协议控制器和物理总线间的接口，用于12 V和24 V系统。NCV7341为总线提供差分传输功能，具有很好EMI能力的高共模范围差分接收器可为CAN控制器提供强大的差分接收能力。当移除电源后，NCV7341具有理想的无源特性，完全符合ISO11898标准，速率高达1 Mb。如果使用分裂终端（Split Termination）电压源，其VSPLIT（分裂终端电压）引脚可稳定闲置总线电平，进一步改善电磁辐射（EME）性能。此外，针对汽车环境瞬态保护的总线引脚、VSPLIT引脚短路保护及热保护使该器件成为了汽车应用的理想选择。图2是采用NCV7341的5V CAN控制器应用的电路图。

　　图2：采用NCV7341的5V CAN控制器应用电路图

　　2. 独立的LIN收发器

　　LIN在各地均持续显示出强劲的增长势头并获得了广泛的认可。根据研究公司Strategy Analytics*的数据，在节点数量方面，LIN在联网汽车应用中成为第二大细分市场。MCP2003/4系列代表Microchip的第三代LIN/SAE J2602收发器，继承了该公司上一代MCP2021/2收发器采用集成稳压器的特点。MCP2003/4系列业界的EMC性能能够实现更稳健的设计，不容易受系统故障的影响。该功能还提高了系统效率，减少或完全无需外部元件，降低了成本。

　　LIN总线通信与控制装置的数据速率较低（20 kBaud），主要用于门锁、后视镜、汽车座椅和天窗等非时间关键功能的应用。LIN总线协议的每个节点只使用单线，可限度地降低布线成本。LIN总线的每个节点都包含一个从MCU状态机，能够识别和转换针对特定功能的指令。这类产品均符合美国（SAE J2602-2）和欧洲（LIN物理层规范2.1修订版）的标准。

　　安森美半导体功能丰富的LIN收发器NCV7321可在低数据速率的IVN应用中作为LIN协议控制器与物理总线之间的接口。NCV7321具备的EMC特性，以及高达13 kV的强固系统级ESD性能，不需要外部ESD元件，功耗也很低，非常适合严苛的汽车应用环境。图3是独立的LIN收发器NCV7321框图。

　　图3：独立的LIN收发器NCV7321

　　NCV7321采用安森美半导体创新的I3T技术及智能电源技术，使高压及敏感的数字技术能够共存于同一个芯片。它为客户提供了符合现有LIN收发器规范的替代产品。该器件采用高密度、节省空间的SOIC-8封装，典型应用包括多种车身电子功能和舒适功能应用，如遥控车门接收器、车窗和遮阳罩升降器、报警器、电动视镜及座椅调节器，以及电子转向锁和轮胎监测电子控制单元（ECU）等其他功能。图4是基于安森美半导体NCV7321的典型LIN电路。

　　图4：基于安森美半导体NCV7321的典型LIN电路

　　NCV7321的突出特点是限度满足了汽车的省电要求，休眠模式下的电流消耗仅为10μA。其他关键特性包括热关闭、模糊短路保护及45 V负载突降保护。值得一提的是，该器件支持-45 V至45 V的电压范围，可承受额定5 kV的ESD脉冲，提供了强大的保护功能。

　　3. 成本优化的系统级芯片

　　安森美半导体利用自主知识产权结合多年集成定制电路设计经验，成功开发了系统级芯片（SBC）产品组合。这些系统级芯片集成了关键系统元件，如在ECU内提供的LIN、CAN和稳压器，可有效提高系统可靠性，降低功耗，节省电路板空间。；采用自保护MOSFET的集成电路元件可取代继电器和保险丝驱动电磁线圈和灯。具有瞬态电压保护功能的高可靠电子模块可实现I/O和传感器保护、负载突降保护、网络数据线保护和负载开关保护。图5是安森美半导体的NCV7420/25 LIN-SBC框图。

　　图5：安森美半导体的NCV7420/25 LIN-SBC框图

　　安森美半导体的NCV7420和NCV7425分别集成了50 mA稳压器、150 mA稳压器及LIN收发器，可有效节省PCB空间，又可为MCU单独供电，有效抑制其他模块对MCU电源的干扰，应用成本也很低。

　　除此之外，安森美半导体还在开发用于车载网络的FlexRay v3.0器件产品组合，预计不久将投放市场。符合V3.0规范的收发器将为汽车制造商提供更强的流水线错误检测、更快的误差控制等功能。下一代FlexRay产品的目标是更加强大的功能，进一步改善EMC和提高集成度，从而优化系统成本。

　　总结

　　作为提供汽车应用高能效半导体解决方案的供应商，安森美半导体运用先进的技术和丰富的研发经验，开发出各种汽车元器件，包括高电压接口、智能电源管理、车载网络、系统级集成和传感器接口等。

　　由于汽车电子含量越来越多，电磁兼容性已成为一个不容忽视的问题；车载网络应用需要具有更好抗ESD脉冲和抗EMI的能力。安森美半导体提供的一流器件采用I3T50/I3T80技术，如深沟道隔离工艺，降低了芯片上不同单元结构之间的干扰。除了具备先进的功能，这些器件还能满足汽车行业制定的相应性能标准，有助于汽车制造商实现可靠稳固的设计。

  

参考文献:

[1]. NCV7341 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/NCV7341_2014299.html.
[2]. Microchip datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/Microchip_1097736.html.
[3]. EMC datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/EMC_2342312.html.
[4]. SOIC-8 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/SOIC-8_617776.html.
[5]. NCV7420 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/NCV7420_2014318.html.
[6]. PCB datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PCB_1201640.html.