在低功耗 Bluetooth® PEPS 系统中添加 CAN 节点

在使用低功耗 Bluetooth® 技术的汽车被动进入被动启动 (PEPS) 系统中,司机使用与汽车门禁系统通信的密钥卡(而不是钥匙)上车和启动电机(或引擎,如有内燃机)。

图 1 所示为车内低功耗蓝牙 PEPS 的典型架构。该架构中有一个中央智能钥匙模块和九个卫星模块。此处所示的九个卫星模块仅为示例,在实际应用中,卫星模块的数量可能更多或更少。图 1 还显示了这些模块通过使用通信总线进行通信。

 

图 1:车内的低功耗蓝牙 PEPS 架构

卫星节点内部

那么卫星节点内部是什么?图 2 所示为低功耗蓝牙卫星模块的典型方框图。该模块有一个低功耗蓝牙片上系统 (SoC)(如 TI 的 SimpleLink™ CC2640R2F-Q1)、一个电源和一个通信接口(通常为收发器)。图 2 还显示了 PEPS 系统内的其他模块,包括智能钥匙模块,甚至车身控制模块。 


图 2:汽车 PEPS 系统方框图

通信总线选项

汽车 PEPS 系统中两个明显的通信总线架构分别是本地互联网络 (LIN) 和控制器局域网 (CAN);控制器局域网可以是经典 CAN 或 CAN 灵活数据速率 (CAN FD)。LIN 和 CAN 均为汽车应用中广泛使用的标准通信协议。LIN 通信系统的最大波特率为 19.2Kbps。经典 CAN 为 1Mbps,CAN FD 可高达 5Mbps。

LIN 和 CAN 均将报文帧作为建立通信协议的基础,二者均可传送最多 8 个数据字节。具有 8 个数据字节的 LIN 报文帧长度为 124 位,而标准 CAN 帧或 CAN 2.0 帧(包括帧间间隔和假设最坏情况下的位填充)的报文帧为 135 位。因此,LIN 报文帧的传输时间是 6.46ms,而标准 CAN 报文帧仅用 135µs 进行传输。

在 LIN 和 CAN 之间选择

计算显示,LIN 报文帧比 CAN 帧所用的时间更长。因此,您可能认为速度越快越好,并选择 CAN 总线。然而,CAN 总线是双线通信总线,而 LIN 总线是单线通信总线。这意味着基于 CAN 总线的系统比使用 LIN 总线的系统更昂贵,也就是说 CAN 总线可能不是最佳选择。

如何在两种协议间做选择呢?一种方法是分析需要传输的字节总数。如果低功耗蓝牙芯片在卫星节点使用计算算法,那么需要传输的字节数会较少,因此,LIN 通信足以应对。另一方面,若低功耗蓝牙芯片没有执行任何计算,仅传输所有测量的原始数据,那么需要传输的字节会更多,此时需要 CAN 架构。

另一个考虑因素是功耗。在所有运行模式中,通常 LIN 总线节点比 CAN 总线节点的功耗低。具体的功耗值可在各自的收发器数据表中找到。

示例应用

TI 的汽车低功耗蓝牙门禁卫星节点参考设计展示了基于 LIN 的卫星板的应用。该参考设计将 TI 的 CC2640R2F-Q1 用作低功耗蓝牙 SoC,将 TLIN1029-Q1 用作 LIN 总线收发器。

必须在智能钥匙模块和低功耗蓝牙卫星模块间交换大量数据时,经典 CAN 或 CAN FD 总线架构是一个显而易见的选择。您可以利用集成了 CAN FD 控制器和收发器的 TI 全新 TCAN4550-Q1 系统基础芯片 (SBC),轻松地向卫星节点添加 CAN 通信功能。除了集成控制器和收发器,SBC 还具有自供电功能,也就是无需额外的供电设备。SBC 提供电压源,为印刷电路板中的额外组件供电,还具有可用作 SoC 监控器的看门狗计时器。

图 3 展示了能够充分利用 TCAN4550-Q1 器件功能的卫星节点实施方式。

  图 3:利用 TCAN4550-Q1 轻松地向卫星节点添加 CAN 通信功能

在图 3 中,TCAN4550-Q1 的 5V 输出用作 TLV733P-Q1 低输入电压线性稳压器的输入。该稳压器产生 CC2640R2F-Q1 低功耗蓝牙 SoC 所需的 3.3V 电压,使得宽输入电压稳压器无需向低功耗蓝牙 SoC 供电。请注意,3.3V 稳压器输出还用作 TCAN4550-Q1 的 VIO,因此无需在低功耗蓝牙 SoC 和 TCAN4550-Q1 之间设置电压电平转换器。TCAN4550-Q1 中的看门狗计时器还能监控低功耗蓝牙 SoC 软件的执行。因此高度集成的 SBC 能为低功耗蓝牙卫星节点提供成本优化型解决方案。

结论

设计工程师目前正在使用低功耗蓝牙技术实施新一代汽车 PEPS 系统。当设计师攻克满足 PEPS 要求所需最佳节点数的挑战时,通信总线架构在解决方案中起着重要作用。设计师可选择 LIN 或 CAN 进行通信。TI 的 LIN 收发器和新推出的 TCAN4550-Q1 SBC 以及低功耗蓝牙 SoC 和电源管理器件,不仅能提供完整的器件产品组合供您选择,还能为汽车平台灵活制定最优解决方案。

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