|
СХЕМЫ---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 1-50---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 51-100
Интерфейсные микросхемы для автоэлектроники МС33199, L9637, SI9243AEY.
В. Чистяков
Управление и контроль за работой двигателя и других систем современного автомобиля выполняют специализированные электронные блоки на основе микроконтроллеров. Каждый из них имеет определенные функции и работает в соответствии с управляющей программой и сигналами датчиков. Все блоки автомобиля объединены общей многопроводной линией связи, которая выведена на сервисный (или диагностический) разъем.
Для автомобильной электроники разработано несколько стандартов, определяющих условия и порядок взаимодействия электронных блоков и устройств. В наиболее распространенном стандарте ISO-9141 для связи между блоками предусмотрены две однопроводные линии. Одна из них, называемая в этом стандарте К-линией, предназначена для двустороннего обмена информацией между подключаемыми к ней устройствами. За другой, первоначально разработанной как однонаправленная и предназначаемой лишь для получения информации от систем встроенной диагностики автомобиля, закреплено название L-линии. На практике чаще всего К- и L-линии используют совместно в качестве двупроводной и часто называют KL-линией, дополняемой двумя проводами питания.
Для взаимосвязи между внутренними блоками автомобиля и внешними приборами диагностики по KL-линии разработаны специализированные микросхемы. В этой статье представлены две из них — МС33199 и L9637, о месте и роли которых в диагностической системе можно судить по рис. 1.
Он показывает, что имеющиеся в составе электронных блоков автомобиля контроллеры взаимодействуют между собой и с диагностическими приборами через К- и L-линии, к которым они подключены через интерфейсные микросхемы МС33199. В качестве приборов диагностики могут быть использованы как специализированные комплексы, так и персональные компьютеры, ноутбуки.
МС33199
Основная функция этой микросхемы — согласование низковольтных сигналов ТТЛ, используемых в блоках управления и приборах диагностики, с
более высокими уровнями, действующими на питающихся от бортовой сети автомобиля линиях К и L, где напряжение высокого уровня привязывается к значению напряжения на батарее аккумуляторов. Вторая функция — фильтрация присутствующих в линиях помех путем ограничения напряжения сигналов, пропускаемых с линий. Уровень ограничения задают значением напряжения на выводах U nopL и U порk- Он может динамически изменяться при колебаниях напряжения на батарее автомобиля. Скорость обмена информацией по К-линии может достигать 200 кБод.
К характерным особенностям микросхемы можно отнести полную защиту выводов от любого замыкания (между собой, на минусовый и плюсовой провода питания), а также защиту от перегревания, от превышения напряжения по входам К и L и от ошибочной полярности подключения цепей питания.
На рис. 2 показана функциональная схема прибора МС33199.
Его основа —усилитель—формирователь DA3 и два компаратора DA1, DA2. Входы компараторов, соединенные с выводами L и К микросхемы, защищены от превышения входного напряжения стабилитронами VD1, VD2. Выходы компараторов через транзисторы VT1, VT2 соединены с выводами Lвых и RXD (обычное обозначение вывода приема информации контроллера). Информационный выход контроллера (обычно обозначаемый как TXD) подключают к одноименному выводу микросхемы МС33199.
Выход источника образцового напряжения Uoбp используют, как правило, для задания пороговых значений напряжения на входах компараторов DA1, DA2, подключенных к выводам UпорL и Uпорk. Тем не менее для задания порогового напряжения возможно использовать и любой другой внешний источник образцового напряжения.
Компараторы формируют фронт и спад импульсов и согласовывают уровни сигналов, передаваемых с К- и L-линий на выходы Lвых и RXD. При этом выход Lвых выполнен на транзисторе с открытым коллектором (VT1), что позволяет подключать его к устройствам с
уровнями сигналов, отличными от ТТЛ.
Еще одна особенность микросхемы состоит в том, что напряжение Uoбр, а значит, и значение порогового напряжения для компараторов зависят от напряжения на выводе Uбат, подключаемом к плюсовому выводу батареи аккумуляторов, и может линейно изменяться в интервале от 5,6 до 18 В (рис. 3). При изменениях напряжения на батарее такая "автоподстройка" изменяет уровень ограничения шума и помех с линий.
Вывод К — двунаправленный, входной сигнал поступает на вход компара
тора DA2, а выходной снимается с транзистора с открытым коллектором, подключаемым обычно через внешний резистор к плюсовому выводу аккумуляторной батареи автомобиля. В реальных условиях длина К-линии может достигать нескольких метров и иметь большую паразитную емкость, искажающую фронт и спад импульсов на выводе К микросхемы, что, в свою очередь, понижает возможную скорость передачи.
Для устранения этого недостатка применено схемное решение, позволяющее вывод К соединять дополнительно с выводом I, который является выходом динамического источника тока G1. В момент переключения уровня напряжения на входе TXD с низкого на высокий с усилителя—формирователя DA3 на регулируемый источник тока поступает управляющий сигнал. Это позволяет резко увеличивать ток, необходимый для зарядки паразитной емкости длинных линий. Осциллограмма тока зарядки распределенной емкости проводника К-линии представлена на рис. 4.
В статическом состоянии потребляемый от источника ток равен примерно 3 мА. При этом, как видно из рисунка, максимально возможное значение ограничено на уровне 4 мА, а минимальное — 2 мА. В момент переключения напряжения на выходе К порог ограничения тока по максимуму резко увеличивается до значения 120 мА (на период времени около 4 мкс), ограничение по минимуму — до 40 мА и длится меньшее время.
Типичный реальный ток, потребляемый в это время от источника тока (Iтип), зависит от емкости линии.
Питается микросхема от двух источников. Через вывод Uпит напряжением 5 В питаются цепи, подключаемые к микроконтроллеру, обеспечивая тем самым совместимость уровней напряжения на выводах RXD и TXD с TTL. Через вывод Uбат подключаемый обычно к плюсовому выводу аккумуляторной батареи автомобиля, питается источник тока, служащий нагрузкой для транзистора VT2. Встроенные узлы защиты выдерживают повышение напряжения на выводе Uбат до 40 В.
Микросхему MC33199D производит фирма Motorola. Прибор оформлен в пластмассовый корпус SO-14 со штампованными лужеными выводами (рис. 5).
Цоколевка микросхемы MC33199D представлена в табл. 1.
L9637
Микросхема L9637 так же, как и ранее описанная МС33199, выполняет функции интерфейса между электронными блоками и линиями связи К и L, согласовывая уровни и формируя фронты сигналов. Отличает же ее меньшее энергопотребление и повышенная степень интеграции. Скорость обмена информацией по обеим линиям может превышать 50 кБод.
Микросхему производит фирма STMicroelectronics в пластмассовом корпусе с плоскими штампованными лужеными выводами: SO-8 для поверхностного монтажа (рис. 8) и DIP-8 для традиционного монтажа в отверстия (рис. 9). Цоколевка прибора указана в табл. 2.
Микросхема содержит три компаратора — DA1, DA2, DA3 (см. рис. 10),
обеспечивающих согласование уровней, формирование фронтов и фильтрацию низкоамплитудных импульсных помех на К- и L-линиях. Все входы и выходы защищены от бросков напряжения встроенными стабилитронами. Все выходные транзисторы, в отличие от микросхемы МС33199, снабжены встроенными нагрузочными резисторами. Входные цепи образцового напряжения для компараторов размещены на кристалле, что упрощает разводку печатной платы и минимизирует помехи по этим цепям.
По принципу работы основных узлов обе микросхемы почти не различаются.
Образцовый источник формирует напряжение, подаваемое на неинвертирующие входы компараторов, сравнивающих его с сигналами, действующими на линиях L и К. Результат сравнения через транзисторы VT2, VT3 поступает на выходы RXD и Lвых. Выходной сигнал управления от контроллера или другого устройства поступает на вход TXD и далее через компаратор DA1, узел температурной защиты и транзистор VT1 на выход К.
Через вывод Uпит питаются основные цепи микросхемы. На вывод Uбат поступает напряжение с плюсового вывода автомобильной аккумуляторной батареи, позволяя корректировать значение напряжения образцового источника в случае колебаний напряжения на ней.
Германская фирма Vishay Siliconix выпускает аналог этой микросхемы под наименованием SI9243AEY
Радио №5 2008г.
|
