ECU是全称ElectronicControl Unit的缩写,即电子节点控制单元,泛指汽车上所有电子控制系统。随着新能源及自动驾驶汽车车上电子元件的日益增多,线路也越来越复杂,现在汽车上多个ECU之间的数据交换是通过CAN总线连接起来的,通过它将整车的ECU形成一个网络系统。当汽车启动时,如果所有ECU都正常工作会导致电池的无用消耗。为了更好的去利用整车的能源,防止出现不必要的电池能量浪费,CAN网络管理可以很好的解决此类问题,最大可能的高效利用整车电池能源,节约用车成本,延长车载电池使用寿命。我们了解ECU按照唤醒方式,可以将ECU网络节点类型划分为两大类:ECU本地唤醒与ECU CAN总线远程唤醒:01本地唤醒:唤醒源来源于自身模块,比如常说的KL15硬线唤醒或者硬件感知唤醒等;这种唤醒的特点:ECU始终保持After-Running状态,当检测到本地唤醒源之后,主控器器就会开启CAN网络通信;02远程唤醒:
唤醒源来源于自身ECU节点所在的网络报文,该节点可以处于完全睡眠状态,一般无能量消耗。这种唤醒的特点:只有当CAN收发器监控到总线电平变化或者特定报文时,就会接通CAN芯片INH引脚控制LDO给到主控芯片上电,从而唤醒ECU节点。芯力特公司的SIT1043 CAN收发器兼容以上两种唤醒功能,下面我们来对SIT1043做个简单的介绍。
一SIT1043 CAN收发器介绍
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SIT1043功能概述
SIT1043是一款高速CAN收发器,可在控制器局域网(CAN)协议控制器和物理双线式CAN总线之间提供接口。SIT1043属于芯力特公司的第三代高速CAN收发器,相比第一代SIT1040和第二代SIT1042器件,有明显的改进。SIT1043实现了当前ISO1189-2:2016标准中定义的CAN物理层,包括CAN FD最新规定了用于定义循环延迟对称性的新增时序参数。其提供改进的电磁兼容性(EMC)性能、极低的功耗和电源电压关闭时的无源性能。其功能还包括:
❶低功耗电源管理控制整个节点的电源,支持本地和远程唤醒并具有唤醒源识别功能;
❷多种保护和诊断功能,包括总线线路短路检测和电池连接检测;
❸可以直接连接到电源电压为3V至5V的微控制器。
如果要求包含需要节点随时待命(即使内部VIO和VCC电源已关闭)的高速CAN网络,尤其用于电池供电系统,管理这些功能使SIT1043成为理想的选择。
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SIT1043封装及引脚说明
图1:SIT1043两种封装图
图2:SIT1043引脚功能说明图
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SIT1043芯片特性
图3:SIT1043特性图
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SIT1043低功耗模式
图4:SIT1043五种低功耗模式及功耗
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SIT1043故障诊断及标志位
图5:SIT1043标志位及对应的故障指示图
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SIT1043典型控制应用
图6:SIT1043典型5V与3.3V系统控制应用图
二
SIT1043 CAN收发器在汽车 ECU中的典型应用
ECU最常见的有:EMS(Engine Mangement System)发动机管理系统,TCU(Transmision Control Unit)自动变速箱控制单元,BCM(Body Control Module)车身控制模块,ESP(Electronic Stability Program)车身电子稳定控制系统,BMS(Battery Management System)电池管理系统,VCU(Vehicle Control Unit)整车控制器等。随着ECU控制范围已经扩张到巡航控制、灯光控制 、安全气囊控制 ,悬架控制、燃油加热控制、排气控制、制动控制、EGR和增压压力控制等等。下面我们来介绍SIT1043在车门控制模块中的应用。在汽车车门模块设计中,其技术需求:❶有限布板空间中的高性能电子设备;❷超少的传导发射和辐射发射;❸驱动高电流负载的同时实现低功率耗散; ❹全面诊断识别故障。在下图7中,我们选用SIT1043 CAN收发器来进行系统功耗控制管理。当车门ECU节点在一定时间内没有传感器故障告警,外部开关量也没有输入且CAN总线为空闲状态时,MCU可控制SIT1043的EN=H;STB=L;使能SIT1043进入睡眠模式,SIT1043进入睡眠模式时,内部模式控制电路将SIT1043自动切换到由VBAT 供电。当SIT1043进入睡眠模式后,SIT1043的INH引脚默认为高阻态,此时通过外部电路的下拉电阻使能LDO的EN=L,从而关断LDO的+5V电源输出,系统进一步关闭MCU供电,使车门ECU节点系统功耗达到最低。当车门ECU节点有传感器故障有告警,或外部开关量有输入或CAN总线有数据通信时,SIT1043 CAN芯片被唤醒,同时SIT1043的INH引脚输出高电平,使能LDO的EN=1,这时开启系统+5V给MCU与SIT1043正常上电。MCU正常上电初始化后,可根据系统数据采集判断处理,来控制SIT1043的各种工作模式。通过这种系统节电模式管理,实现系统无工作时只有CAN通信与开关中断部分电路低功耗监听,其它电路电源全部关闭,从而实现大大降低系统功耗,减少电池能量损耗。在系统MCU正常运行时,MCU可通过SIT1043此时对应引脚输出电平与执行的操作(具体参考图5),获取当前工作状态标志位,确定CAN网络的工作状态,记录并锁定CAN节点的故障原因,便于系统故障诊断分析。
图7:汽车车门电路控制系统框图