汽車LIN總線物理接口器件MC33399的原理及應用

    摘要：MC33399是Frescale公司推出的汽車LIN總線單線物理接口器件。文中詳細介紹了MC33399的主要功能、內部結構以及工作原理，并在此基礎上給出了MC33399的典型應用電路。

    關鍵詞：MC33399 LIN總線 汽車電子

1 概述

LIN（Local Interconnect Network局域互連網絡）是一種低成本的總線網絡。其最初的開發(fā)目的在于彌補CAN總線的不足，主要用于汽車中某些對通信速率要求不高的場合，LIN總線作為CAN總線的輔助網絡或子網絡使用可以解決汽車內因導線過多所帶來的許多問題。

一個簡單的LIN節(jié)點除了微控制器外，還需要兩個芯片，即LIN接口芯片和5V的電壓調節(jié)器。Freescale公司的MC33399芯片是專用于LIN的單線物理接口器件。該器件的功耗非常低，可控制外部穩(wěn)壓器，安全符合LIN規(guī)范，抗干擾能力強，是一種高性能的模擬器件，適用于工作環(huán)境比較復雜的汽車。MC33399的主要特點如下：

·通信速率范圍為1～20kb/s；

·額定工作電壓：8V～18V，正常電壓：7V～27V；

·無功節(jié)點不影響總線狀態(tài)；

·有正常和睡眠兩種工作模式，睡眠模式下的靜態(tài)電流僅20μA；

·LIN總線喚醒、MCU命令喚醒以及接口外部高壓開關輸入喚醒；

·通過兼容的CMOS I/O腳與MCU進行接口；

·帶有外部穩(wěn)壓器控制功能；

·內置上拉電阻；

·LIN引腳的ESD電壓可達4kV；

·具有很好的電磁兼容性；

·工作溫度范圍為-40℃～125℃。

2 引腳功能

MC33399采用SO8型貼片式封裝。圖1示出引腳排列，各引腳的功能說明如表1所列。

表1 MC33399的引腳功能

3 內部結構及工作原理

MC33399的內部結構框圖如圖2所示?，F將其主要工作原理介紹如下：

3．1 主要功能

MC33399的工作模式由使能端EN來控制。當EN為1時，電路處于正常工作狀態(tài)，此時由TX引腳到LIN總線以及由LIN總線到RX引腳的兩條傳輸路徑均被激活。當EN為0時，芯片進入睡眠或低功耗模式，此時兩條傳輸路徑被禁止。睡眠模式下，LIN引腳可通過上拉電阻和上位電流源保持在高電平Vsup，并通過Vsup引腳由電源向芯片提供靜態(tài)電流（典型值為20μA）。

MC33399的LIN引腳用于完成單總線收發(fā)功能。TX引腳則用于控制LIN引腳的輸出狀態(tài)，工作時，這兩引腳的狀態(tài)始終保持一致。而RX引腳則可用來顯示LIN總線的狀態(tài)，LIN總線呈現高電平（隱性）時，RX為高；反之，LIN總線為低電平（顯性）時，RX為低。RX輸出為典型的CMOS推挽輸出結構。

由于其特定的內部結構，當地漂移或者電源連接失敗時，將不會有反向電流從LIN總線進入芯片內部。MC33399允許Wake引腳輸入高壓喚醒，同時也可用Wake引腳由高到低或由低到高的兩種跳變喚醒，當芯片進入睡眠狀態(tài)時，芯片將記錄下當前Wake引腳的狀態(tài)。而當電路檢測到Wake端相反狀態(tài)時，就認為發(fā)生了喚醒事件。此外，芯片還內置有噪聲濾波器，它能夠抑制總線高頻噪聲干擾，防止錯誤喚醒。

3．2 睡眠喚醒

MC33399可用如下三種方式從睡眠模式中喚醒：

（1）LIN總線喚醒

總線上任一節(jié)點發(fā)送“喚醒幀”，都可使LIN引腳的狀態(tài)由隱性變?yōu)轱@性，以喚醒芯片。喚醒時，MC33399處于“等待模式”，INH引腳置高電平以激活外部穩(wěn)壓器。此后，MCU上電并將EN引腳置高電平，從而使芯片由“等待模式”進入“正常模式”。

（2）內部節(jié)點激活喚醒

當本地節(jié)點中的MCU發(fā)出指令將EN引腳置高電平時，芯片也會進入“正常模式”。

（3）通過Wake引腳喚醒

通過在MC33399芯片外部設置開關，以使Wake引腳輸入高壓喚醒。

圖3

4 典型應用電路

圖3是MC33399的典型應用電路，該電路采用Wake引腳輸入開關喚醒方式，其中的5V外部穩(wěn)壓器是可控的。圖中，EN引腳直接與MCM的I/O口相連，用于選擇MC33399的工作狀態(tài)。通信接收引腳RX和發(fā)送引腳TX分別與MCU的串行通信接口（SCI）相應連接，以完成通信功能。INH引腳直接接到外部穩(wěn)壓器的控制端，當電路正常工作時，INH引腳輸出高電平，外部穩(wěn)壓器被激活，正常輸出5V電壓給MCU供電；而當芯片進入睡眠模式時，INH引腳輸出低電平使外部穩(wěn)壓器禁止，MCU掉電。此外，INH引腳還可通過晶體管連接到MCU的IRQ或者XIRQ引腳產生中斷，此時外部穩(wěn)壓器應選用不可控的。芯片的應用方式與圖3類似，只是INH引腳的接法不一致。

由于該電路內部在LIN引腳與Vsup引腳集成了上拉電阻和串聯二極管，所以總線從節(jié)點不需要外置上拉元件。但對于主節(jié)點，則必須在外部增加1kΩ的上拉電阻器，并且要串聯一個二極管以防止電池掉電時MC33399通過總線上電。

通過Wake引腳外接開關可為Wake引腳輸入高壓，以將MC33399從睡眠模式中喚西。當Wake引腳的輸入電壓超過14V時，為防止輸入電流過大，必須接入串聯電阻器來限制瞬時脈沖電流（阻值一般為33kΩ）。同時必須注意Wake引腳不得懸空。若不使用該引腳，必須將其接地以防止錯誤喚醒。

5 結束語

MC33399電路以其完善的性能被廣泛應用于汽車車身控制系統(tǒng)。與該電路配合使用的外部穩(wěn)壓器可選用8引腳電路LT1121。實際上，這兩種芯片將被Freescale公司新的系統(tǒng)基礎芯片（SBC）所代替。