车身控制模块设计的要求和解决方法

　　随着人们对汽车操控性及舒适性需求不断的提高，汽车车身中的电子设备越来越多，如电动后视镜、中央门锁、玻璃升降器、车灯乃至其它更多的功能等。这些外部的功能需要通过一个中央处理器来执行。这个中央处理器就是车身控制模块。实现了无焊接连接，是一个清洁、绿色、环保的无铅连接工艺。

　　图1：典型车身控制模块（BCM）的系统架构

　　电源要求及方案选择

　　车身控制模块（body control module，简称BCM）电控单元在汽车中的应用越来越多，各电子设备间的数据通信变得越来越多，同时这些分离模块的大量使用，在提高车辆舒适性的同时也带来了成本增加、故障率上升、布线复杂等问题。于是，需要设计功能强大的控制模块，实现这些离散的控制器功能，对众多用电器进行控制。以及选择合适的电源方案。

　　值得一提的是，汽车内的用电设备越来越多，如果电池直接供电的设备静态电流不够低，而汽车连续停泊较长时间，车内蓄电池可能因为过度放电而使汽车无法重新启动，此外，汽车应用中可能会常常面对高温环境，所以要求电源提供过温保护。

　　适合于BCM的电源包括线性电源和开关电源。这两种电源各有优势，究竟选择何种电源，还要看具体应用。

　　在车身控制模块的供电电源方面，中国市场上所售汽车中，轿车一般采用12 V电源，而卡车和客车一般采用24 V电源。在12 V电源BCM中，推荐采用安森美半导体的线性稳压器，见图2。

　　NCV4275A是一款带复位和延迟功能的5 V、3.3 V/450 mA低压降线性稳压器，这款器件支持可编程微控制器复位，此外，在下图中位置1处串联一个二极管，这线性电源能有效防止高达-42 V的反向电压。

　　在位置2处并联一个瞬态电压抑制器管，可以有效阻止高达+45 V的瞬态电源负载突降高压脉冲及不稳定的电源杂波，符合12 V汽车电源系统的ISO16750-2-2003 4.6过压测试规范。

　　实际上，在汽车发动机启动瞬间就可能出现负载突降，从而导致电池电压升高至超过40 V。这些特性让NCV4275A非常适合汽车车身控制模块应用。

　　实际上，NCV4275A仅是针对汽车应用的宽范围线性稳压器中的一款，超低静态功耗的产品，静态电流低至30 μA以下，驱动电流范围在100 mA至450 mA之间。

　　图2：车身控制模块中线性电源典型应用电路示意图

　　24 V电源的BCM应用中，需要将24 V电压转换至5 V或3.3 V，如果采用线性稳压器，电源芯片本身就会有很高的功率消耗，产生大量热量导致温度过高而烧坏芯片，所以我们需要采用开关稳压器，我们推荐采用安森美半导体系列用于汽车的开关稳压器。

　　这些开关稳压器具有较高的效率，避免产生大量的放热，保护芯片，提升系统可靠性。这些汽车应用的开关稳压器驱动电流多数在0.5 A至1.5 A之间，有的达到2.5 A（NCV33163），开关频率在50 kHz至300 kHz之间。

　　这款器件上的“BOOST”引脚支持“充当启动电路（Bootstrapped）”工作，将能效提升至；集成的同步电路支持并行电源工作或将噪声降至。

　　车身网络要求及发展趋势

　　可以应用于汽车中的系统总线有多种，这些总线的特点各不相同，表1比较了汽车应用中几种常见的系统总线，并列出了典型的安森美半导体总线收发器产品。

　　表1：不同汽车总线比较及典型收发器

　　图3a）及b）分别显示了基于安森美半导体CAN收发器AMIS-42665及LIN收发器NCV7321的典型电路。值得一提的是，AMIS-42665提供小于的10 μA的极低静态电流。支持总线唤醒，共模电压范围-35 V至+35 V，可以承受额定+/-8 kV的静电放电（ESD）脉冲。NCV7321则支持-45 V至+45 V的电压范围，承受额定5 kV的ESD脉冲。

　　图3：基于安森美半导体收发器的典型CAN电路（图a）及LIN电路（图b）

　　在车身控制网络应用中，需要尽可能地配合降低成本及空间要求，同时提升系统的稳定性和长期可靠性，故需要提升元器件的集成度。得益于近年来出现的混合信号工艺，高压模拟电路如今能够与低压电路集成起来，使更高集成度的系统芯片得以开发和应用。

　　NCV7440在同一颗芯片上集成了线性稳压器及CAN收发器，NCV7420则集成了线性稳压器及LIN收发器。这样的集成有效节省PCB板空间，可以给MCU单独供电，有效遏制其它模块对MCU电源的干扰。

　　安森美为汽车车身控制网络应用推出一款超高集成度的芯片——NCV7462。这款芯片集成了线性稳压器、CAN收发器、LIN收发器、看门狗（WD）电路、低边驱动及高边驱动，将所需外部元件数量减至极少，仅占用极小的电路板空间，并帮助简化设计流程。

　　遥控上锁及开锁设计要求及解决方案

　　汽车中的遥控上锁及开锁的应用越来越普及。车身控制模块使用315 MHz或433MHz频率，通过高频接收和发送来实现遥控上锁及开锁功能。

　　此类应用的要求包括低静态电流、提供睡眠模式、低发射功率、高接收灵敏度、低功耗及适宜的频率范围等。而安森美半导体的ON-53480高频收发器很好地满足这些设计要求，如静态电流低至小于1 μA，带有唤醒及睡眠检测功能，信号电平仅为10 dBm，接收灵敏度更是低于-100 dBm，且工作电流仅为10 mA，频率范围为280至343 MHz。

　　板外大功率负载驱动及方案比较

　　车身控制模块电路板需要为板外的一些大功率负载供电，这些负载包括汽车内部照明（5 W及10 W）、单向电机和汽车喇叭等。

　　一种可选的方案是采用板内继电器。继电器的线圈属于感性负载，而感性负载在启动时需要比维持正常工作所需电流大的启动电流，且感性负载在接通电源或断开电源的瞬间会产生反向电动势。要驱动继电器，可以采用安森美半导体的NUD3124、NUD3160或NCV7608等继电器驱动器。

　　表2：板外大功率负载驱动方案优缺点比较

　　另一种方案是采用“预驱动器+MOSFET”来驱动板外大功率负载，其中预驱动器可以采用安森美半导体的NCV7513A，这器件支持并行端口及SPI端口通信，可编程，提供失效模式检测及短路和断路诊断功能。

　　第三种方案是采用SmartFET驱动。这是带保护的MOSFET，在MOSFET基础上增加了多种功能，如过压钳位、ESD保护、过流保护、过温保护、反压保护及高边和低边驱动。这三种方案的优缺点见表2。

　　应用于BCM的其它方案

　　除了上述板外大功率负载，汽车应用中常见的电动后视镜方面，可以采用安森美半导体的NCV7703来驱动其中的转向电机。这器件提供3个半桥输出，输出电流为0.6 A，达1 A，并具备自诊断功能，提供低静态电流、SPI通信及低压/过压/过温保护等特性。

　　此外，车身控制模块需要采集车门、车锁、组合开关等数十个信号，往往需要扩展MCU的输入端口，这就需要并行端口转串行端口的逻辑转换芯片。

　　安森美半导体还为组合尾灯提供不同的解决方案。NCV7680功能高度集成，支持两个亮度等级，一个用于停车，另一个用于尾部照明。如有需要，也可应用可选的脉宽调制（PWM）控制。系统设计人员只须使用一个外部电阻来设定输出电流（整体设定点）。另外可选的外部镇流器场效应晶体管（FET）使要求大电流的设计中能传输功率。

　　NCV7680通过了AEC-Q100汽车标准，具有1级湿敏等级（MSL1）的额定抗湿能力，工作温度范围为-40℃至+150℃。这器件的典型应用包括组合尾灯、日间行车灯（DRL）、雾灯、中央高位停车灯（CHMSL）阵列、转向信号灯和液晶显示器（LCD）背光。

　　安森美针对车身控制模块等汽车应用提供具有强固保护特性、高可靠性、低静态电流的解决方案，如电源稳压器、总线收发器、高频收发器、继电器驱动器、预驱动器、电机驱动器、LED驱动器及MOSFET等，帮助设计人员为他们的BCM设计选择更佳的元器件方案，从而在市场上占据优势。