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T-BOX系统解决方案深度剖析之接口 [复制链接]

本帖最后由 alan000345 于 2018-10-17 09:11 编辑

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

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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

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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

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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



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