隨著汽車電子系統(tǒng)的重要性不斷提高，工程師面臨著越來越多的技術(shù)挑戰(zhàn)，并要求推出更多可靠的低成本電子系統(tǒng)及傳感器、執(zhí)行器(actuator)等子系統(tǒng)。 這些系統(tǒng)與子系統(tǒng)不是孤立的，而是彼此存在交互關(guān)系。以前，汽車電子裝置通常由彼此分離的電子元器件和集成電路構(gòu)成，相互之間采用專有的或?qū)ｉT的有線通信設計方案，至少許多傳感器系統(tǒng)和針對執(zhí)行器的直接電線連接的電源輸出是這樣的，這使得印制電路板面積很大而且笨重，增大了引擎控制單元(ECU)的體積。分離的元器件導致通信量的大量增加，而大量增加的通信量又造成紛亂復雜的通信線路。復雜的通信線路必然會帶來許許多多的其他問題。因為這不僅僅是占用空間，增加重量和成本，眾多的通信線路之間相互干擾，而且還容易受到汽車電磁干擾的影響，從而導致維護也變得相當困難。 所幸的是，汽車網(wǎng)絡標準的發(fā)展與混合信號半導體工藝的進步正在逐步解決上述問題，并有可能實現(xiàn)在整個汽車中配置高級的智能系統(tǒng)。隨著汽車網(wǎng)絡標準化趨勢的發(fā)展，控制器區(qū)域網(wǎng)(CAN)和本地互聯(lián)網(wǎng)(LIN)架構(gòu)得到廣泛采用，目前已發(fā)展到2.0版本，這些網(wǎng)絡標準實現(xiàn)了汽車系統(tǒng)性能與成本間的優(yōu)化平衡。CAN為底盤、動力傳動系統(tǒng)、發(fā)動機點火和車身主干通信提供了高速通信網(wǎng)絡，而LIN則滿足傳感器與執(zhí)行器子系統(tǒng)簡單網(wǎng)絡通信需求，并能通過標準化降低成本，提高系統(tǒng)穩(wěn)健性。 CAN的廣泛使用和LIN推出的同時，混合信號半導體工藝技術(shù)也在不斷發(fā)展，使得在單個IC上能集成小型汽車系統(tǒng)所需的全部功能，或更高級的系統(tǒng)采用幾塊IC來集成。而代表著汽車總線的未來的Flexray總線網(wǎng)絡，在CAN總線的基礎上，將傳輸速率提高到了10Mb/s，而且通過優(yōu)化的容錯機制，將可靠性大大提高。上述這些汽車網(wǎng)絡標準與先進的混合信號工藝相結(jié)合，使汽車制造商能夠推出低成本的新型電子系統(tǒng)，并降低現(xiàn)有系統(tǒng)的成本。上述技術(shù)還能改善維護工作，提高可靠性，并為汽車駕乘人員帶來更便利、更安全的駕駛體驗。 汽車網(wǎng)絡 CAN標準經(jīng)過不斷修訂，已成為系統(tǒng)和 ECU間通信的事實標準。CAN是一種雙線高速差分總線，規(guī)定的數(shù)據(jù)速率高達1 Mbps。不過，通常所用的數(shù)據(jù)速率為125 kbps～500 kbps。CAN采用專用的差分驅(qū)動器，可提供正的差分電壓，或為總線提供高阻抗。這種物理層特性能實現(xiàn)無損判優(yōu)，即CAN協(xié)議所定義的載波偵聽多路訪問/沖突檢測+沖突解決(CSMA/CD+CR)標準。前一個消息發(fā)出后，任何節(jié)點都能訪問總線。如果兩個節(jié)點同時發(fā)出消息，那么發(fā)送具有最高優(yōu)先級的節(jié)點將贏得仲裁，且持續(xù)發(fā)送消息，不會重新開始也不會丟失任何已發(fā)送數(shù)據(jù)。在ECU中實現(xiàn)CAN網(wǎng)絡時，通常需要集成CAN協(xié)議控制器和CAN收發(fā)器，以及其他支持電路的微處理器(微控制器或數(shù)字信號處理器)。一般說來，上述系統(tǒng)非常復雜，難以集成于單塊集成電路中。不過，混合信號工藝和集成技術(shù)的發(fā)展為我們帶來了許多系統(tǒng)基礎芯片和混合信號ASIC，從而能實現(xiàn)雙芯片解決方案(MCU和混合信號器件)，或至少能減少ECU中所需的 IC數(shù)量。 盡管LIN最初面向的是車身電子應用，不過該技術(shù)正在向新的領域發(fā)展，已應用于車身之外的許多電子電路之中。在現(xiàn)有的汽車電子總線標準中，LIN為大多數(shù)傳感器與執(zhí)行器提供了最佳通信解決方案。這些傳感器與執(zhí)行器通常專用于單個系統(tǒng)，我們可將其視為子系統(tǒng)。LIN在汽車中發(fā)揮子網(wǎng)絡的功能，能很好地滿足這些子系統(tǒng)的各種需求。LIN的最大數(shù)據(jù)速率為20.0kbps，足以適用于大多數(shù)傳感器與執(zhí)行器。LIN是一種時間觸發(fā)型主從網(wǎng)絡，不需要在同時發(fā)出報告的設備間進行判優(yōu)。采用單線技術(shù)實現(xiàn)LIN解決方案減少了線路復雜度，有助于減輕重量、節(jié)約空間和成本。 LIN聯(lián)盟專為車輛子網(wǎng)絡低成本應用而定義了該標準，該標準非常適合當前混合信號半導體工藝的集成能力。由于LIN協(xié)議相當簡單，可通過異步串行接口(UART/SCI)工作，且從節(jié)點具有自同步功能，能用片上RC振蕩器來替代晶體或陶瓷振蕩器，因此能大幅節(jié)約成本。這樣，對通常用于制造汽車子系統(tǒng)信號調(diào)節(jié)和輸出IC的混合信號工藝技術(shù)而言，LIN就是一種非常適用的解決方案。 LIN的主節(jié)點通常是LIN子網(wǎng)絡到CAN網(wǎng)絡的橋節(jié)點，每輛車通常都帶有幾個LIN子網(wǎng)絡。LIN主節(jié)點的復雜度較高，控制和LIN從節(jié)點通常較簡單，能集成在一個IC子系統(tǒng)中。 LIN與CAN替代了目前所用的眾多通信技術(shù)，如前代的網(wǎng)絡設計方案、脈寬調(diào)制和可變脈寬(VPW)等架構(gòu)，它們都是以不同的物理層設計為基礎。大多數(shù)非網(wǎng)絡化方案都是單向的，每個信號至少需要一個專門的線路。因此，上述架構(gòu)不能滿足雙向通信與診斷的需求，或只能滿足有限的需求。此外，由于上述解決方案通常是專有的，不能充分發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟的效益，也不能像開放標準那樣支持設計重復使用。 先進的混合信號工藝 CAN與 LIN標準的廣泛采用是汽車電子系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢，加之目前混合半導體工藝領域取得的進步，這些標準變得更加重要。目前，有些IC制造商利用高速CMOS數(shù)字和先進混合信號/模擬工藝領域的專業(yè)技術(shù)，推動系統(tǒng)集成不斷發(fā)展，實現(xiàn)了幾年前我們想都不敢想的技術(shù)水平。汽車應用領域中有代表性的先進混合信號工藝技術(shù)包括線性Bi-CMOS(LBC或BCD)、高壓CMOS和絕緣硅技術(shù)(SoI)。上述許多種工藝技術(shù)都能為全部汽車電子實現(xiàn)單個片上系統(tǒng)(SoC)或?qū)⑵浼稍谏贁?shù)IC中，滿足物理層接口、電源、高電壓、數(shù)字邏輯、存儲器以及高精度模擬功能的需求。 對需要片上智能的系統(tǒng)而言，先進混合信號工藝使我們能實現(xiàn)相當高程度的數(shù)字邏輯、硬布線(hardwired)的數(shù)字處理、網(wǎng)絡協(xié)議引擎和小型微處理器的集成。例如，混合信號設計可包括邏輯功能(狀態(tài)機與協(xié)議引擎)，可通過LIN響應標準網(wǎng)絡命令來控制和報告?zhèn)鞲衅骰驁?zhí)行器的狀態(tài)。這種片上系統(tǒng)集成對單觸點車窗玻璃升降器等應用非常重要，這種應用需要適當?shù)乃惴▉泶_保窗玻璃不會夾手，在系統(tǒng)中能發(fā)出錯誤報告，并能為技術(shù)人員提供診斷信息。 汽車電子子系統(tǒng)實例 下面不妨以TI的TPIC1021 LIN-2.0收發(fā)器及基于TI的LBC工藝的穩(wěn)壓器為例，來說明基于LIN標準的電子子系統(tǒng)。你可在LBC工藝中根據(jù)需要集成更多組件，從而建立與汽車電子網(wǎng)絡和LIN網(wǎng)絡連接的片上系統(tǒng)，在低成本、高穩(wěn)定性的IC中集成所有必需功能。典型的片上系統(tǒng)功能包括滿足系統(tǒng)要求的汽車穩(wěn)壓器、網(wǎng)絡收發(fā)器、傳感器輸入的模擬濾波、電源輸出、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字濾波和控制功能以及網(wǎng)絡協(xié)議控制器。圖1顯示了基于LBC技術(shù)的完全集成的傳感器子系統(tǒng)實例。由于實現(xiàn)了高度集成和電路保護功能，該器件能夠很好地滿足惡劣汽車環(huán)境下的有限空間和成本要求。

圖 1. LBC傳感器子系統(tǒng)SoC 圖2給出了用LBC工藝開發(fā)的系統(tǒng)基礎芯片實例，它能減少前代執(zhí)行器子系統(tǒng)所需的半導體器件的數(shù)量，并增加了新的功能。這樣的子系統(tǒng)可在LIN子網(wǎng)絡中與如圖1所示的傳感器子網(wǎng)絡共存并協(xié)同工作。該系統(tǒng)基礎芯片集成了汽車穩(wěn)壓器、電壓監(jiān)控器和復位電路，以及可連接到用戶開關(guān)的高壓接口、高側(cè)驅(qū)動器、兩個用于繼電器的低側(cè)驅(qū)動器(可控制馬達或大電流負載)、控制回路反饋的運算放大器、保護電路系統(tǒng)以及符合LIN 2.0標準的收發(fā)器。該器件直接與系統(tǒng)的微控制器連接，而微控制器則提供有關(guān)控制算法，實現(xiàn)避免車窗玻璃升降夾手等，還為子系統(tǒng)提供LIN協(xié)議的處理功能。

圖2：LBC系統(tǒng)基礎芯片(SBC) 對其他應用而言，同一混合工藝技術(shù)能在兩個器件中集成有關(guān)功能模塊，從而增加新的功能，其中包括單軌和多電壓軌的低壓降和開關(guān)電壓穩(wěn)壓器、高低側(cè)驅(qū)動器的不同配置，多種運算放大器、數(shù)字邏輯以及 LIN和CAN等汽車網(wǎng)絡接口。電源輸出模塊包括H橋、DC有刷智能驅(qū)動器和三相DC有刷電機以及繼電器驅(qū)動器等。上述IC廣泛用于多種汽車應用之中，其中包括底盤、動力傳動系統(tǒng)、電動座椅、電動后視鏡、門鎖、刮雨器、除霜器、車窗玻璃、天線升降設備、暖通空調(diào)系統(tǒng)(HVAC)， 以及各種滿足用戶舒適和安全需求的電子系統(tǒng)等。 汽車電子系統(tǒng)的好處 采用標準化的車輛網(wǎng)絡架構(gòu)和集成度更高的混合信號 IC為我們提供了諸多系統(tǒng)級優(yōu)勢。 首先，提高了系統(tǒng)穩(wěn)健性并增強診斷功能。通過采用標準化網(wǎng)絡用于雙向通信系統(tǒng)，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問題，我們就能立即獲得診斷與故障信息。由于不再采用專有技術(shù)接口，因此我們可根據(jù)已知的、可靠的標準使用通用的通信方案，便于系統(tǒng)及軟件開發(fā)，并提高了今后系統(tǒng)和軟件的重復使用性。 其次，可減少布線要求。由于采用了標準化的車輛網(wǎng)絡架構(gòu)，我們只需三根到四根線(LIN：電池、接地和 LIN；CAN：電池、接地、CANH和CANL)就能滿足特性豐富、具備診斷功能的系統(tǒng)需要。由于減少了布線要求，因此可以降低成本、減輕重量、簡化安裝工作，并減少潛在的故障來源。 集成還帶來其他優(yōu)勢和節(jié)省。由于提高了系統(tǒng)集成度，PCB和封裝可以更小型化，從而改善汽車中電子設備的位置布局，提高靈活性，并減少了布線方面的麻煩。通過減少組件數(shù)量，還能降低庫存，減輕質(zhì)檢和監(jiān)控的工作量。上述因素還有助于減輕重量，減小體積，這些都是汽車應用設計中的重要問題。 上述技術(shù)發(fā)展使我們在提高汽車系統(tǒng)的智能與功能方面邁出了新的一步。新一代混合信號汽車 IC 將具有更高的性能、更強大的處理能力、更高的靈活性及可編程性，從而可滿足未來汽車電子系統(tǒng)的各種需求。