多開關(guān)檢測接口：用于更小、更高效設(shè)計的集成電源設(shè)計

汽車車身控制模塊 (BCM) 是管理眾多車輛舒適性、便利性和照明功能的電子控制單元，包括門鎖、車窗、鐘聲、關(guān)閉傳感器、內(nèi)部和外部照明、雨刷和轉(zhuǎn)向信號燈。具體來說，BCM 監(jiān)控不同的驅(qū)動器開關(guān)并控制汽車中相應(yīng)負(fù)載的電源。

典型的 BCM 由處理汽車 12V 電池電平驅(qū)動器開關(guān)狀態(tài)的微控制器 (MCU) 組成。信號通過傳統(tǒng)上使用分立無源元件(如電阻器、電容器和二極管)實現(xiàn)的接口電路連接到 MCU。我們必須注意保護 MCU 免受電池電壓、靜電放電 (ESD)、瞬變和電池反接情況的影響。此外，我們需要提供潤濕電流來偏置開關(guān)輸入并保持開關(guān)觸點處于良好狀態(tài)。

圖 1 顯示了如何處理外部接地開關(guān)輸入的示例實現(xiàn)。電容 C2 分流 ESD 和瞬態(tài)能量;二極管 D1 阻斷高壓;電阻器 R4 設(shè)置開關(guān)處的潤濕電流;電阻器 R4(與 R8 一起)將電池電壓分壓;電阻器 R1 至 R3、晶體管 Q1 和 Q2、電容器 C1 以及通用輸入/輸出 (GPIO) 引腳啟用和禁用潤濕電流。

圖 1：離散潤濕電流實施

這種離散方法有三個注意事項：

· MCU 以及因此 MCU 的電源電壓必須保持有效，潤濕電流才會有效。這嚴(yán)重影響了模塊在低功耗(關(guān)閉)模式下消耗的最小電流量。

· 該解決方案需要大量無源元件，例如用于產(chǎn)生潤濕電流的晶體管和電阻器，以及用于每個開關(guān)輸入的二極管、電阻器和電容器。這使得整體解決方案的規(guī)模很大。

· 潤濕電流會隨電池電壓而變化;例如，如果電池電壓下降 30%，潤濕電流也會下降 30%。

多開關(guān)檢測接口 (MSDI) 是一種處理所有這些問題的設(shè)備，它匯總電池和接地連接的開關(guān)狀態(tài)信息，并通過串行外圍接口 (SPI) 與微處理器通信。

更小、更節(jié)省空間的解決方案的功能

MSDI 器件集成了可調(diào)節(jié)的潤濕電流，能夠為電池和接地連接的外部開關(guān)輸入提供灌電流和拉電流。由于這些電流在內(nèi)部受到監(jiān)視和控制，因此它們在很寬的電池輸入電壓范圍內(nèi)保持一致。MSDI 開關(guān)輸入還設(shè)計用于處理負(fù)載突降和反向電池電壓，從而減少對分立阻塞二極管和潤濕電流組件的需求，從而節(jié)省額外的電路板面積和成本。分立的 24 通道解決方案(如圖 2 所示)將使用 75 個電阻器、25 個電容器、24 個二極管和兩個外部晶體管。使用 TI TIC12400-Q1 集成 MSDI 解決方案的類似解決方案將 24 個電容器用于 IO 引腳，5 個電容器用于去耦，

用于離散處理開關(guān)輸入上的潤濕電流、反向阻斷和 ESD 的解決方案尺寸的一對一比較，以及汽車多開關(guān)檢測接口參考設(shè)計的片段，這是使用 TIC12400 的示例實現(xiàn)-Q1 設(shè)備及其所需的所有外部電路。采用 MSDI 參考設(shè)計的兩層板上的總解決方案尺寸現(xiàn)在為 17.5mm x 18.8mm。

更高效的低功耗模式的功能

正如我之前提到的，要在低功耗模式下監(jiān)控外部開關(guān)，微處理器需要保持通電和活動狀態(tài)，這意味著 MCU 的穩(wěn)壓器也需要始終保持活動狀態(tài)。這會在低功耗模式下產(chǎn)生更高的系統(tǒng)范圍內(nèi)的靜態(tài)電流。

MSDI 設(shè)備直接使用汽車電池運行，并具有集成的低功耗輪詢模式，可以監(jiān)控用戶選擇的開關(guān)觸點。例如，TIC12400-Q1 具有低功耗輪詢模式和高壓開漏中斷輸出引腳，可在開關(guān)狀態(tài)變化時啟用穩(wěn)壓器。這意味著我們可以關(guān)閉模塊中的所有其他電路以實現(xiàn)超低功耗睡眠模式，從而幫助滿足越來越嚴(yán)格的原始設(shè)備制造商 (OEM) 當(dāng)前對睡眠模式的要求。

如我們所見，該器件正在啟用潤濕電流、監(jiān)控輸入電壓并反復(fù)返回低功耗模式，同時等待開關(guān)觸點改變狀態(tài)。這導(dǎo)致模塊的平均電流低得多，因為模塊中的所有其他電路都被禁用。

隨著 BCM 中的功能數(shù)量逐年增長，添加具有集成潤濕電流、反向阻斷和 ESD 保護的智能設(shè)備(如 MSDI)有助于實現(xiàn)更小的開關(guān)觸點監(jiān)控解決方案。此外，隨著低功耗模式下對電流消耗的要求越來越嚴(yán)格，TIC12400-Q1 中的集成低功耗輪詢模式可將系統(tǒng)范圍的功耗降低多達(dá) 98%。