汽车新热点:T-BOX系统解决方案深度剖析之接口

远程信息处理控制单元TCUT-BOX)是一种嵌入式车载系统,可应用于车辆的无线跟踪与通信等领域。

在本系列的文章中会依次对以下主要模块进行详细介绍:

第一节:电源轨

第二节:充放电管理

第三节:接口 

第四节:紧急呼叫单元

第五节:无线连接单元

第三节 接口

接口概述:

如下图-1所示,T-BOX有各种各样的接口与总线相连,不仅包括传统的控制器局域网CAN(Controller Area Network)、局域互联网络LIN (Local Interconnect Network)以及调试接口RS232/RS485/USB2.0,还包括了汽车总线“新贵”车载以太网(Ethernet)。

图-1

 

这些接口的用途总结如下表-1所示:

 

接口类型

用途

CAN收发器

高速CAN主要用在对实时性要求高的动力系统的控制;低速CAN主要是用在对实时性要求较低的舒适系统和车身系统的控制。

LIN收发器

用在对速度以及安全性能要求不高的场合,如车身电子配件(车窗升降等)。

以太网收发器

目前主要应用于非CAN的部分,与网关互连。主要解决高速数据传输、协议兼容和成本受限的问题。

RS232/RS485/USB2.0 收发器

用于系统的调试与测试。

表-1

下面分别介绍这四种不同的总线,并推荐相应的接口芯片。

1)  CAN

该总线于上世纪80年代由德国博世公司提出,至今已经成为了汽车中不可或缺的重要组成部分。为满足车载系统的不同要求,CAN总线又分成高速CAN和低速CAN。

高速CAN主要用在对实时性要求高的动力系统的控制,如发动机、自动变速箱、组合仪表等。传输速率在125kbit/s - 1Mbit/s之间。

低速CAN主要是用在对实时性要求较低的舒适系统和车身系统的控制,如空调控制、座椅调节、车窗升降等。传输速率在5kbit/s - 125kbit/s之间。

如下图-2所示,高速CAN与低速CAN之间通过网关互连,该网关可由CAN总线上的一个节点代替。

图-2(注:ECU为Electronic Control Unit,电子控制单元)

采用CAN传输的优点有很多,比如:实时性强,传输距离较远,抗电磁干扰能力强,成本较低;采用双线串行通信方式,检错能力强,可在高噪声干扰环境中工作;可靠的错误处理和检错机制;具有优先权和仲裁功能等。

TI的主推的CAN总线接口芯片为TCAN1042-Q1TCAN1051-Q1以及TCAN1043-Q1,下表-2列出了这三者的区别。

 

型号

芯片内部简图

区别

TCAN1042-Q1

支持带有总线唤醒功能的低功耗待机模式(standby)。待机模式电流为uA 级别。

TCAN1051-Q1

与TCAN1042不同,TCAN1051采用的是静音模式(silent)而不是待机模式(standby)。静音模式通常也称为“只听(listen only)”或者“只接收( receive only)”模式。从外部引脚看,STB改成了S。静音模式电流模式为mA级别。

TCAN1043-Q1

带有唤醒和故障检测功能。唤醒功能:除了CANH/CANL上的活动之外,WAKE引脚还允许TCAN从本地事件中被唤醒。故障检测功能:包括多种保护和诊断功能,如线路短路检测和电池连接检测。

表-2

相比于同类产品,TI的优势如下:

  • 符合国际领先的电磁兼容(EMC)标准;

  • 可去除共模扼流圈,从而减少汽车设计过程中的材料成本和空间;

  • 强大的总线故障和静电放电(ESD)保护功能:高达70V的总线故障保护,完全满足汽车电池的要求,可以防止CAN总线引脚出现短路直流电压引起故障;高达±15kV的 ESD保护,且无需外部瞬态电压抑制(TVS)二极管,节省了电路板空间和成本;

  • 带宽增加:高达5 Mbps的速度,提高了CAN网络上电子控制单元(ECU)和节点之间的通信速度和数据传输能力;

  • 业界最短的环路延迟:仅为175 ns。

 

关于CAN总线接口芯片,TI提供了相应的板级验证和参考设计:

 

TI还提供一系列应用笔记以及参考资料:

 

2)  LIN

“不是有CAN了吗?为何还需要LIN?”原因很简单,CAN总线太贵啦!如果处处都用CAN的话,整车的总线架构成本会很高。在一些不需要高速传输的场合,如车身电子配件(车窗、车锁等),LIN完全可以满足需求。

LIN网络在汽车中一般不独立存在,通常会与上层CAN网络相连,形成CAN-LIN网关节点,CAN-LIN网关也可由CAN总线下的一个节点代替。如下图-3所示。

图-3

LIN总线主要是面向汽车低端分布式应用的低成本,低速串行通信总线。它的目标是为现有汽车网络提供辅助功能,在不需要高带宽和多功能的场合下使用,以降低成本。

TI的主推LIN总线接口为SN65HVDA195-Q1,速度可达20-kbps。

3)  车载以太网

新的汽车功能(如自动泊车系统,高级娱乐系统等)对新的数据总线传输提出了更高的要求。显然,未来需要更加开放、高速、易于集成、线路部署成本低的车载网络。这大大推动了以太网进入车载网络的进程。

目前而言,车载以太网主要应用于非CAN的部分,主要是解决高速数据传输、协议兼容和成本受限的问题,并非用于取代CAN总线。CAN与车载以太网之间通过网关互连,如下图-4所示。未来以太网有可能替代车内所有连接,引发新的车载总线革命。

图-4

与同类产品相比,TI于2018年5月推出的以太PHY接口DP83TC811S-Q1,优势非常突出:

  • 支持多个MAC接口:SGMII / RGMII / RMII / MII;

  • 更低的延时:小于150ns,仅为同类产品的一半,从而使汽车在ADAS等系统能快速响应;

  • 低功耗:210mW;

  • 与未来的1000M PHY引脚完全兼容;

  • 集成度更高,可减少外部元器件(如电源去耦电容),节省一半以上的PCB布局空间,EMI性能优越。

 

对于以太网PHY接口芯片,TI提供了相应的板级验证和参考设计:

4)  RS232/RS485/USB2.0

这些接口主要用于系统的调试与测试, TI推荐的芯片为MAX3232E-Q1SN65HVD1781-Q1以及TUSB1210-Q1

    

本系列其他文章链接: 

  • TI的接口芯片性价比很高,种类齐全,速率都能做到很不错,我们使用TI的CAN总线接口芯片很多,很不错,TI的车载以太网芯片满足汽车的要求,非常好,性能优异。

  • 这几种车载总线的各自特点和应用侧重反映了在车载系统解决方案中为优化性能-成本而做的技术细分实现,也是当今半导体技术发展的主要趋势。CAN:实时,可靠,成本较高;LIN:低速,低成本;Eternet:高速,协议兼容性好,成本高;RS232/RS485/USB2.0:便于方便,廉价。

  • 汽车总线“新贵”车载以太网(Ethernet)的引入,使得车联网又向前迈进了一步,以后车与车,车与物互联互通将会是一个很大的市场,期待T-BOX还会在汽车领域有更多的应用。

  • 车联网的实现离不开接口和协议的统一,can总线具有实时可靠的特性,lin具备低速低成本的优势,车载以太网接口的介入,能更好的解决车与车,车与其他相互之间互联互通,能够更好的为车联网服务。。

  • TI的各种接口性价比都很高,可靠性高,CAN,LIN应用汽车电子,在汽发展的今天,TI提供完整的解决方案,车与物互联互通将会是一个很大的市场,期待T-BOX还会在汽车领域有更多的应用。

  • 车载以太网接口芯片满足了新的汽车功能对新的数据总线传输提出了更高的要求,未来需要更加开放、高速、易于集成、线路部署成本低的车载网络。以太PHY接口DP83TC811S-Q1 器件是一款符合 IEEE 802.3bw 标准的汽车 PHYTER™以太网物理层收发器。它提供通过单一屏蔽双绞线电缆发送和接收数据所需的所有物理层功能。该器件具有 xMII 灵活性,支持标准 MII、RMII 和 RGMII MAC 接口。特点明显,优势突出。

  • 接口技术更新还是比较快的,车载互联离不开接口,根据不同功能采用不同的接口形式,既满足功能可靠性,又可满足性价比。TI芯片类型较全。