整车控制器VCU—CAN/LIN通讯电路设计

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控制器通讯电路设计

控制器通讯电路包括CAN通讯以及LIN通讯，CAN通讯和LIN通讯可以通过本地唤醒（KL15）的方式唤醒控制器，也可以通过远程唤醒（网络管理报文）的方式唤醒控制器，目的是为了实现控制器的低功耗设计。电动汽车不仅要求对整车高压电的能源管理，还要求对低压12V电源系统进行合理的管理。若静态电流过大，造成蓄电池电量过多的消耗，甚至造成整车低压系统亏电，无法正常启动。所以对整车电器部件的静态电流要求越小越好，其中对整车控制器要求静态电流低至几mA以内。常见的低功耗设计策略包括：器件选型功耗低的器件；降低主控的主频；睡眠模式；关闭不使用的耗电资源。整车控制器设计过程中，主要考虑的器件选型功耗低的器件，睡眠模式。在第一期电源芯片的文章过程中，有一位粉丝提出了电源设计功耗的问题，非常感谢。

一、CAN通讯电路设计





(1)、 ACT45B-510-2P-TL003为共模电感，共模电感可以滤除信号线的共模电磁干扰，衰减差分信号高频部分，抑制CAN发出的电磁干扰，降低传导骚扰。(2)、U1、U4为信号线上的滤波电容，提供低阻抗的回流路径，容值选取范围为22PF~1000pF，典型值选取47pF；(3)、D1为瞬态抑制二极管，TVS用来静电防护，寄生电容要小，选择NUP2105L。(4)、终端匹配：防止信号的反射，同时4.7uF电容起到快速平衡电压的作用，可以帮助稳定母线上的隐性电压，f=1/(2πRC)计算出为4.7uF。二、CAN通讯工作机制


所谓休眠就是ECU处于耗电极低的状态，收发器（TJA1043T)上电，微控制器（MC9S12XEP100MAG）不上电，但是微控制器可通过唤醒机制被激活，比如本地唤醒（KLON_WAKEON），总线唤醒。

(1)、VCU常规连接的是KL30常电，工作时需要KL15ON电或CAN唤醒。

本地唤醒：CAN通讯芯片的常供电是KL30常电，本地唤醒是通过KL15电激活CAN芯片NWAKE引脚，从而拉高INH引脚，INH接着电源芯片的使能EN脚，因此，使得电源芯片正常工作，MCU正常工作，MCU通过引脚拉高CAN驱动芯片的SPL_N引脚和EN脚，使得CAN芯片从standby模式跳转到Normal工作模式。

(2)、CAN唤醒的原理是具备CAN唤醒功能的收发器有一路电源输入直接与KL30连接，CAN总线上收到有效唤醒信号后，CAN收发器内部便会将来自KL30的信号通过INH脚输出，INH信号会使能电源管理芯片使其工作。

总线唤醒：收发器（TJA1043T)收到总线信号（比如任意CAN、网络管理NM信号），收发器利用INH（inhibit pin）触发电源（TPS54340）的EN脚，从而使微控制器（MC9S12XEP100MAG）上电，唤醒整个控制器（VCU），使其进入启动程序（bootloader），MCU正常工作，MCU通过引脚拉高SPL_N引脚和EN脚，使得CAN芯片从休眠模式到standby模式跳转到Normal工作模式。

(3)、控制器休眠：处于正常工作模式，如果接收不到网络管理报文，控制器MCU通过I/O口控制TJA1043芯片管脚STB＿N=L和EN=H，如果SLP_N拉低及EN拉高后在t时间内没有接收到唤醒信号，则进入休眠模式，INH变成浮空模式，DCDC电源芯片EN脚拉低，停止输出主5V电源, 整个控制器断电不再工作。TJA1043进入低功耗状态, 仅由汽车电池对管脚VBAT提供基础工作电源。

三、LIN通讯电路设计



LIN采用UART功能进行传输时，需要传送包括1位起始位和1位停止位、共10位数据。传送按照LSB方式从最低位开始传输。

(1)、主节点的LIN物理层的功能器件，作为主节点的上拉电阻R26，选用1kΩ的电阻。

(2)、齐纳二极管是作为ESD保护的作用。需要选用击穿电压在22V的齐纳二极管，这样才可以使外部的高电压在经过齐纳二极管到达LIN收发器的PIN脚时不至于击穿。NXP TJA1021数据手册中显示LIN引脚最大耐受电压为±40V。考虑兼容及设计冗余，选择电压钳位在±22V的双向齐纳二极管。

四、LIN通讯工作机制



(1)、LIN总线唤醒：LIN驱动芯片接收到网络管理报文， LIN引脚的状态由隐性变为显性，芯片被唤醒。唤醒时，处于“等待模式”，INH引脚由悬空状态变为高电平以使能DCDC的EN脚， TJA1021会切换到Standby模式，通过INH脚唤醒MCU，然后MCU将SLP_N拉高使得TJA1021切换到正常模式，正常收发数据，从而使芯片由“等待模式”进入“正常模式”。

(2)、通过Wake引脚本地唤醒：Wake引脚输入高电平唤醒，INH引脚置高电平以使能DCDC的EN脚， TJA1021会切换到Standby模式，通过INH脚唤醒MCU，然后MCU将SLP_N拉高使得TJA1021切换到正常模式，正常收发数据，从而使芯片由“等待模式”进入“正常模式”。

(3)、LIN休眠模式：处于正常工作模式，如果没有接收到网络管理报文，SLP_N由高电平变为低电平，在t时间内没有接收到唤醒信号，则进入休眠模式，INH变成浮空模式，DCDC电源芯片EN脚拉低，MCU处于低功耗状态。

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关于整车控制器VCU的CAN/LIN通讯电路设计，这是一个专业而重要的任务。在设计控制器通讯电路时，我们主要采用CAN与LIN两种通讯方式，确保控制器能被本地唤醒或远程唤醒，以实现低功耗设计。针对电动汽车的能源管理，我们不仅关注高压电的管理，更重视低压电源系统的优化。对于静态电流的管理，我们采用多项策略减少其消耗，如使用低功耗器件、降低主频、睡眠模式以及关闭未使用的功能模块等。以上措施均有助于提高整车效率及可靠性，确保车辆性能达到最优。