【检修知识】开辟基于当地互联收集（LIN）协定的新型汽车传感器体系

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随着汽车电子含量的不断增加，对低成本、高可靠性传感器系统的需求变得越来越重要。 尽管要满足这些要求仍有许多挑战需要克服，但互连架构和混合信号技术的进步极大地增强了智能、降低了成本并提高了可靠性。 此外，更先进的技术还在不断涌现。 目前大多数传感器系统都是基于一种架构，即从传感器到系统的主电控单元(ecu)都是模拟信号链。 在极其嘈杂的汽车环境中，保持这些系统的信号完整性是一个挑战。 一种解决方案是通过使用简单的专有技术，如脉宽调制(pwm)或可变脉宽，在不同的物理层上数字传输信号。 然而，这些方法有几个缺点。 一般来说，每个信号都需要一根单独的线，信息通常从传感器单向输出到主ecu。 因此，不可能使用该传感器子系统进行双向通信和诊断。 另一种方案是利用can总线将信号传回主ecu。 然而，这种方法通常需要微控制器和支持电路，这将增加相当大的成本。 目前，有两种技术趋势推动着汽车传感器系统的发展:局域互联网络(lin)协议和混合信号半导体技术的进步。 虽然lin最初是针对汽车车身的电子元件，但它已经创造性地应用到新的方面，如传感器接口。 Lin具有几个特性，适合用作传感器子系统的物理层和协议。 这是一种低成本、双向单线物理层实现方法，减少了对信号线及其线束的需求。 如果模块包含一个以上的传感器，这种方法的优势就可以凸显出来，通过多路复用，所有输出都可以在单条lin总线上实现。 基于林琳协议的传感器系统的体系结构是基于主从结构的，所有的总线通信都由主节点控制和调度。 这一特性为信号传输提供了有保证的延迟时间，并使系统可预测，这对于大多数传感器信号是绝对必要的。 Lin总线架构可以扩展到16个节点，不需要仲裁机制，因为所有的总线通信都由主节点调度。 图1:基于lin的传感器系统架构的从节点是自同步的，可以用片内rc振荡器代替晶振或陶瓷谐振器，从而大大降低系统级的成本。 该协议非常简单和标准化，可用于异步串行接口(uart/sci) 此外，即使采用传感器信号接口ic常用的混合信号工艺，硅实现的成本也相当低。 通过标准化，基于lin的传感器子系统可以降低成本，提高可靠性。 随着混合信号半导体技术的不断发展，集成度越来越高，特别是在数字集成和模拟精度方面。 目前，有几种技术可用于汽车传感器应用，如线性bicmos、高压cmos和绝缘体上硅(soi) 每种工艺都有其优缺点，应根据传感器类型和应用要求进行选择。 这些工艺允许整个传感器系统的电子元件，包括电源、高压操作、数字电路、存储器、时钟源和高精度模拟电路，用单芯片soc实现。 混合信号接口ic德州仪器的部分定制混合信号asic传感器接口ic就是这类产品的一个例子。 在这些产品中，传感器信号接口采用混合信号半导体技术和lin通信总线。 这种单芯片传感器接口ic集成了几乎所有需要连接到传感器、汽车电子网络和lin总线的元件。 这些器件的典型元件包括用于匹配传感器和系统要求的汽车电压调节器、用于直接连接传感器输出的模拟前置滤波器、模数转换器、数字滤波和控制、阿林协议控制器和lin物理层。 图2:当前传感器系统架构通过改变传感器系统的架构，即使用lin作为信号和通信接口，并基于混合信号ic实现，我们可以在系统级获得一些优势。 Lin允许在单条线路上进行双向通信，因此主节点可以请求传感器提供诊断信息，或者传感器可以在需要时提供系统故障信息。 lin协议和物理层是Lin联盟为汽车应用设计的开放规范。 最近，根据j2602规范，美国汽车工程师协会为lin应用增加了一些很好的例子，消除了特殊的接口和协议，从而实现了传感器重用，并使其基于已知的、可靠的和健壮的通信系统。 即使模块中有多个传感器，也可以创建只有三条线(电池、接地和lin)的传感器模块。 减少导线和线束可以减小传感器的封装尺寸，优化传感器的布局，并降低布线灵敏度。 采用先进的混合信号技术实现传感器接口ic可以从几个方面降低系统成本:更少的元件；库存少；更小更简单的pcb设计；传感器尺寸更小，可靠性更高。 此外，由于片上rc振荡器，晶体振荡器或谐振器可以省去作为时钟源。 目前，这些进步仅在提高汽车传感器系统的智能和性能方面迈出了几步。 下一代混合信号技术(如lbc5和lbc7)可以将更多智能和功能集成到传感器子系统中。 我们甚至可以想象，下一代传感器接口ic将包括一个小型集成微处理器，可以为传感器子系统提供编程功能，并提高灵活性。