随着汽车电子系统的重要性不断提高,工程师面临着越来越多的技术挑战,并要求推出更多可靠的低成本电子系统及传感器、执行器(actuator)等子系统。这些系统与子系统不是孤立的,而是彼此存在交互关系。以前,汽车电子装置通常由彼此分离的电子元器件和集成电路构成,相互之间采用专有的或专门的有线通信设计方案,至少许多传感器系统和针对执行器的直接电线连接的电源输出是这样的,这使得印制电路板面积很大而且笨重,增大了引擎控制单元(ECU)的体积。分离的元器件导致通信量的大量增加,而大量增加的通信量又造成纷乱复杂的通信线路。复杂的通信线路必然会带来许许多多的其他问题。因为这不仅仅是占用空间,增加重量和成本,众多的通信线路之间相互干扰,而且还容易受到汽车电磁干扰的影响,从而导致维护也变得相当困难。
所幸的是,汽车网络标准的发展与混合信号半导体工艺的进步正在逐步解决上述问题,并有可能实现在整个汽车中配置高级的智能系统。随着汽车网络标准化趋势的发展,控制器区域网(CAN)和本地互联网(LIN)架构得到广泛采用,目前已发展到2.0版本,这些网络标准实现了汽车系统性能与成本间的优化平衡。CAN为底盘、动力传动系统、发动机点火和车身主干通信提供了高速通信网络,而LIN则满足传感器与执行器子系统简单网络通信需求,并能通过标准化降低成本,提高系统稳健性。CAN的广泛使用和LIN推出的同时,混合信号半导体工艺技术也在不断发展,使得在单个IC上能集成小型汽车系统所需的全部功能,或更高级的系统采用几块IC来集成。而代表着汽车总线的未来的Flexray总线网络,在CAN总线的基础上,将传输速率提高到了10Mb/s,而且通过优化的容错机制,将可靠性大大提高。上述这些汽车网络标准与先进的混合信号工艺相结合,使汽车制造商能够推出低成本的新型电子系统,并降低现有系统的成本。上述技术还能改善维护工作,提高可靠性,并为汽车驾乘人员带来更便利、更安全的驾驶体验。
汽车网络
CAN标准经过不断修订,已成为系统和 ECU间通信的事实标准。CAN是一种双线高速差分总线,规定的数据速率高达1 Mbps。不过,通常所用的数据速率为125 kbps~500 kbps。CAN采用专用的差分驱动器,可提供正的差分电压,或为总线提供高阻抗。这种物理层特性能实现无损判优,即CAN协议所定义的载波侦听多路访问/冲突检测+冲突解决(CSMA/CD+CR)标准。前一个消息发出后,任何节点都能访问总线。如果两个节点同时发出消息,那么发送具有最高优先级的节点将赢得仲裁,且持续发送消息,不会重新开始也不会丢失任何已发送数据。在ECU中实现CAN网络时,通常需要集成CAN协议控制器和CAN收发器,以及其他支持电路的微处理器(微控制器或数字信号处理器)。一般说来,上述系统非常复杂,难以集成于单块集成电路中。不过,混合信号工艺和集成技术的发展为我们带来了许多系统基础芯片和混合信号ASIC,从而能实现双芯片解决方案(MCU和混合信号器件),或至少能减少ECU中所需的 IC数量。