作者：安森美半导体Jan Polfliet、Wim Van de Maele、Roman Buzas
关于传统 乘用车而言，油箱是仅有的实践动力来历，故制造商们寻求在包括电子体系在内的一切轿车体系中节能，以进一步改进燃油经济性及二氧化碳（CO2）排放。跟着 轿车中添加的电子体系的数量不断增多，以增强轿车性能及安全性，并为购买者供给有吸引力的新功用，轿车中每个电子操控单元（ECU）的节能作用较低的话， 就会使总油耗大幅添加。
芯片规划人员选用不同技能及途径，现已能够下降他们供给的器材的总能耗。在单个体系根底芯片（SBC）中结合多 个器材的功用，并运用不同电源办理战略，还能协助进一步下降总能耗。这些发展表明当今的内燃发动机轿车能够舒适安全地搭载乘客，而运用的燃油更少，碳排放 更低。
增强型体系根底芯片
SBC为衔接至轿车（CAN或LIN）总线的 各种模块（如车门模块）供给电能、驱动器及衔接功用。一般情况下，它们或许集成稳压器， 为操控器及传感器、高边和/或低边驱动器、收发器接口及唤醒或看门狗引脚等其它体系衔接功用供电。在单片器材中集成这些功用且结合内置电源办理，跟运用分 立元件比较，在功率、本钱及尺度方面具有优势。当今的SBC运用现有技能及电源办理，能供给约20 μA的休眠电流及约60 μA的待机电流。
在一款典型SPC中，片上稳压器一般是低压降（LDO）线性稳压器，如图1所示。根据这个原因，规划人员面对的首要应战就在于散热办理，由于LDO功率 耗散相对较高。关于5 V时150 mA的稳流供电电流而言，SBC应当能够耗散高达1.3 W的总功率。假如SBC的LDO包括内置旁路元件，此功率就在SBC封装内部耗散。用于需求更大电流（一般高于250 mA）的模块的SBC，一般规划为与外部旁路元件一同运用。这就有用涣散SBC与外部MOSFET之间的功率耗散，然后能够扩展有用的环境温度规模。
图1. 包括LDO稳压器的传统SBC
提高电源电路的能效，如在某些或悉数LDO处运用开关形式的DC-DC转化器，能够大幅下降轿车中每个CAN节点SBC的功率损耗额。这能协助简化散热办理，还能提高燃油经济性。
在细心挑选转化器架构的情况下，选用开关形式DC-DC转化的SBC能为运用主动中止-发动（或微混合）技能的较新式车供给重要优势。主动中止-发动技 术在轿车停下来 （如等候交通信号灯） 时封闭发动机，能够下降市区行进的燃油耗费约15%至20%；当驾驶员踩下加快踏板（油门）时，发动机主动重启，使体系有用地作业，并且这个进程对驾驶人 员而言是通明的。为了保证CAN总线上的一切体系都能够继续恰当地发挥功用，运用有必要坚持全面作业，即便是在发动机发动期间电池电压降至2.5 V那么低时，也是如此。在这种情况下，升压-降压DC-DC拓扑结构使SBC能够在一切作业条件下供给所要求的稳压输出电压。
图2：选用DC-DC转化器的SBC
部分网络
当今的轿车或许包括很多ECU，高端车型中的ECU数量或许多达100个左右。大多数ECU（假如不是悉数的话）衔接至CAN总线，因而，CAN总线始 终是启用的。即便发动机熄火时，某些ECU有必要坚持作业，以保持遥控开锁（RKE）等功用的运作。这么多数量的ECU衔接至总线，对整体电能耗费有重要影 响。
部分网络（Partial Networking， PN）是一种用于下降能耗一起使ECU能够对唤醒指令作出呼应的技能。体系仅在某些特定时间根据需求启用部分网络，而其它节点坚持在低功率状况。有几种可 能的部分网络运用计划。针对公路用车公布的CAN规范ISO 11898-6界说了挑选性唤醒功用，作为以高速媒体存取供给部分网络的办法。当某个ECU不要求作业时，它或许断开与CAN网络的衔接，只需没有特定指 令传送给这个特别节点。
为了合作部分网络功用，各个节点要求专用收发器中内置“挑选性唤醒功用”。这种挑选性唤醒功用使不作业的ECU 的电流耗费能下降至轿车制造商一般规则的100 µA均匀待机电流极限规模内。即便有这样的省电作用，但衔接至总线ECU数量很多，以致于对总线的总能耗进而对轿车的燃油耗费有较大影响。这种途径的另一 项缺陷便是跟每颗IC中有必要包括的额定挑选性唤醒电路相关的体系本钱添加了。此外，网络内一切节点都需求软件适配，以合作运用部分网络。这就添加了较大的 体系开发负荷。
引进 CAN中继器
经过将逻辑总线切割为两个物理部分，使其间某个完好部分在不用时断电，能够取得可贵的省电作用，如图2所示。这能够经过在衔接至CAN总线的某个模块上引进双向中继器来完结。
图 3. 添加一个具有CAN中继器的模块使总线能够切割为两个部分
惯例模块包括一个衔接至总线的CAN收发器，此收发器将物理CAN信号转化为由模块的微操控器（MCU）处理的数字信号。一般情况下，衔接至总线的一切模块都是这种类型。添加一个带内置CAN中继器的模块会创立一个点，总线在此点能从物理上分为两个部分。
如图4所示，CAN中继器以与独立式CAN收发器相似的办法衔接微操控器。在此器材内部，端口A上的每个信号传输至端口B，而端口B上的每个信号传输至 端口A。CAN总线信号在微操控器中被解说（interpreted）。CAN总线数据的重复在中继器芯片内部完结。当接收到进入休眠（Go-to- Sleep）指令时，端口之间的衔接被断开，有用地断开端口B上网络部分的衔接。断开衔接部分上的一切节点都能够进入极低能耗的休眠形式。
图4. CAN中继器模块的内部架构
这种办法简略且性价比高，由于一切节点中除了一个节点外都能够运用规范ISO11898-2或ISO11898-5收发器来运用，并且无须软件适配。仅 要求运用一个中继器。当运用这种技能时，重要的是核算顾及到线缆长度、传输速度及由中继器导致的额定推迟等要素的整体时序。
选用这种办法来切割总线也增强了轿车的毛病容限（如线缆对地或电池短路）才能。假如有要求，还能够经过刺进额定的总线中继器，来进一步约束这些所谓的“硬”总线毛病。还能够避免带有像添加电磁辐射及散热问题等结果的“软”过错影响整个网络。
定论
当今的轿车制造商越来越重视将轿车中每个体系的能效提高至最高，以满意更严厉的排放及燃油经济性方针。为了契合轿车购买者甚至地球的需求，现在，史无前例地愈加重要的是，充分利用新的%&&&&&%发展来更高功率地在从熄火到一切体系作业等各个运用形式办理电气能耗。
