提升汽车CAN总线能效的途径

芯片设计人员采用不同技术及途径，已经能够降低他们提供的器件的总能耗。在单个系统基础芯片(SBC)中结合多个器件的功能，并应用不同电源管理策略，还能帮助进一步降低总能耗。这些进展表示当今的内燃发动机汽车能够舒适安全地搭载乘客，而使用的燃油更少，碳排放更低。

增强型系统基础芯片

SBC为连接至汽车(CAN或LIN)总线的各种模块(如车门模块)提供电能、驱动器及连接功能。通常情况下，它们可能集成稳压器， 为控制器及传感器、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系统连接功能供电。在单片器件中集成这些功能且结合内置电源管理，跟使用分立元件相比，在功率、成本及尺寸方面具备优势。当今的SBC使用现有技术及电源管理，能提供约20 μA的休眠电流及约60 μA的待机电流。

在一款典型SPC中，片上稳压器通常是低压降(LDO)线性稳压器，如图1所示。基于这个原因，设计人员面临的主要挑战就在于散热管理，因为LDO功率耗散相对较高。对于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。如果SBC的LDO包含内置旁路元件，此功率就在SBC封装内部耗散。用于需要更大电流(通常高于250 mA)的模块的SBC，通常设计为与外部旁路元件一起使用。这就有效分散SBC与外部MOSFET之间的功率耗散，从而能够扩展实用的环境温度范围。

图1. 包含LDO稳压器的传统SBC

提升电源电路的能效，如在某些或全部LDO处使用开关模式的DC-DC转换器，能够大幅降低汽车中每个CAN节点SBC的功率损耗额。这能帮助简化散热管理，还能提升燃油经济性。

在仔细选择转换器架构的情况下，采用开关模式DC-DC转换的SBC能为使用自动停止-启动(或微混合)技术的较新型车提供重要优势。自动停止-启动技术在汽车停下来 (如等候交通信号灯) 时关闭发动机，能够降低市区行驶的燃油消耗约15%至20%;当驾驶员踩下加速踏板(油门)时，发动机自动重启，使系统有效地工作，而且这个过程对驾驶人员而言是透明的。为了确保CAN总线上的所有系统都能够持续恰当地发挥功用，应用必须保持全面工作，即使是在发动机启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能够在所有工作条件下提供所要求的稳压输出电压。

图2：采用DC-DC转换器的SBC

局部网络

当今的汽车可能包含大量ECU，高端车型中的ECU数量可能多达100个左右。大多数ECU(如果不是全部的话)连接至CAN总线，因此，CAN总线始终是启用的。即使发动机熄火时，某些ECU必须保持工作，以维持遥控开锁(RKE)等功能的运作。这么多数量的ECU连接至总线，对总体电能消耗有重要影响。

局部网络(Partial Networking, PN)是一种用于降低能耗同时使ECU能够对唤醒指令作出响应的技术。系统仅在某些特定时刻根据需要启用部分网络，而其它节点保持在低功率状态。有几种可能的局部网络应用方案。针对公路用车颁布的CAN标准ISO 11898-6定义了选择性唤醒功能，作为以高速媒体存取提供局部网络的方式。当某个ECU不要求工作时，它可能断开与CAN网络的连接，只要没有特定指令传送给这个特别节点。