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如何应用 PSI5 实现可靠的beplay|登录密集型汽车安全性

汽车设计中最重要的是安全性,因此设计人员需要增加更多的beplay|登录和辅助驾驶系统。难点是尽管温度和湿度波动很大并且存在振动和电磁兼容性问题,但这些系统需要一个通用接口,并且必须能够可靠地通信,实现零错误。

对于设计人员来说,不妨了解符合外设beplay|登录接口 (PSI5) 要求的基于beplay|登录的解决方案。这是一种坚固的抗干扰接口,最初用于安全气囊系统,但现在正越来越多地用于新的beplay|登录密集型汽车应用。

本文将先介绍 PSI5 总线,然后介绍和描述多种 PSI5 系统解决方案以及如何使用它们来配置基于beplay|登录的控制系统。

外设beplay|登录接口 (PSI5)

PSI5 接口用于将多个beplay|登录连接到电子控制单元 (ECU),已广泛用作安全气囊和相关约束系统的主要beplay|登录通信总线。它是 PSI5 组织网站 PSI5.org 上提供的一个开放标准。最新的规范是 PSI5 版本 2.3,已作为所有子标准(包含用于安全气囊、底盘和安全控制以及传动系统的子标准)的一项通用基本标准发布。

PSI5 标准以两线(双绞线)总线实施,数据传输采用电流调制和曼彻斯特编码,数据速率为 125 kbps(可选 189 kbps)。与其他常见汽车数据总线相比,它属于中速接口(表 1)。

接口总线 物理连接 最大比特率 最大比特率下的最大长度
LIN
3 线
19.2 kbps
40 m
PSI5
2 线
189 kbps
12 M
SENT
3 线
333 kbps
5 M
CAN
4 线
1 Mbps
40 M
FlexRay
2 线或 4 线
10 Mbps
22 M

表 1:常见汽车数据总线的比较。PSI5 属于中速接口。(数据来源:Digi-Key Electronics)

PSI5 在中速范围内的优势在于成本比 CAN 或 FlexRay 更低,但具有与beplay|登录数据兼容的数据速率。SENT 数据总线也用于beplay|登录数据传输,但其限制在于仅能将数据从beplay|登录发送到电子控制单元 (ECU)。PSI5 为双向,允许beplay|登录寻址和配置。

PSI5 在汽车 ECU 中的典型实施包括馈送多个接口的微控制器(图 1)。

汽车微控制器 ECU 框图

图 1:汽车微控制器 ECU 的框图,包括用于常见汽车数据总线(含 PSI5)的 I/O 端口。(图片来源:Digi-Key Electronics)

图 1 中微控制器右侧方框显示了支持的 I/O 端口。其中包括以太网、控制器区域网络 (CAN)、本地互连网络 (LIN)、FlexRay 汽车通信总线,以及单边缘渐进传输 (SENT) 和 PSI5 beplay|登录接口。这些汽车 ECU 高度集成并可包括三角积分模数转换器 (ADC),实现快速准确的beplay|登录测量。

PSI5 物理层

ECU 使用两根电线连接到beplay|登录。与使用三根或更多根电线的其他总线相比,使用两线双绞线降低了实施成本。相同的两根电线用于电力和数据传输。ECU 可使用集成或单独的 PSI5 收发器向beplay|登录提供稳压,并读取其传输的数据。beplay|登录数据通过使用曼彻斯特编码的电流调制传输到 ECU(图 2)。

PSI5 接口的曼彻斯特编码图片

图 2:PSI5 接口的曼彻斯特编码在位时间间隔中间使用电流转换。Teledyne LeCroy 型号为 HDO4104A 的数字示波器提供可选的曼彻斯特解码器。(图片来源:Digi-Key Electronics)

通过使电流从基准电平(beplay|登录标称静态电流)变为最高电平,实现从beplay|登录传输数据。此示例中的电流具有 10 毫安 (mA) 的基准电平和 40 mA 的最高电平,增量为 30mA。

曼彻斯特编码在位时间间隔的中间利用电流转换。在 PSI5 收发器内检测电流调制,其中正斜率表示为逻辑“0”,负斜率表示为逻辑“1”。在图中,位时间间隔由垂直光标标记。带有可选曼彻斯特解码器的 Teledyne LeCroy 型号 HDO4101A 示波器将 PSI5 数据包分成十三个位时间,由垂直蓝线表示。位时间间隔中间的电流转换表示数据值,由示波器在转换时打印。

ECU 使用电压调制与 PSI5 beplay|登录通信。该方法用于同步来自beplay|登录的数据传输。

当单个beplay|登录连接到 ECU 时,该beplay|登录控制数据传输的时序和重复率。如果连接了多个beplay|登录,则 ECU 控制同步和数据传输。多个beplay|登录可以并联或通过总线配置连接,也可以通过一系列beplay|登录进行“菊花链连接”。本文稍后会更详细地讨论这些配置。

数据链路层

PSI5 数据帧提供了极大的灵活性(图 3)。除了具有三个主要组件的基本结构外,还存在一个扩展功能结构。

PSI5 数据帧结构图

图 3:PSI5 数据帧的结构显示数据有效载荷区域中的基本区段和扩展区段。(图片来源:Digi-Key Electronics)

基本结构包含以下必需元素:

  1. 一个起始位字段,包含总是编码为“00”的两个位。
  2. 一个具有效载荷的数据字段,包含指定为 D0 到 D27 的从 10 位到 28 位的任何值。
  3. 一个纠错段,支持一个奇偶校验位 P 和三位循环冗余检查 (CDC),C0 到 C2。

扩展数据结构包括控制、消息传送和状态数据,总结见表 2。

区段 任务 位数 说明 强制或可选
S1,S2
起始位
2
值 ='0'
强制
M0,M1
消息传送
0,2
串行消息传送通道
可选
F0 - F(q-1)
字段控制
0,1,2,3,4
指定帧数据类型,数据内容或beplay|登录标识
可选
E0 - E(r-1)
状态
0,1,2
错误标志
可选
B0 - B(l-1)
区域 B 数据
0-12
区域 B 数据有效载荷
可选
A0 - A(n-1)
区域 A 数据
10-24
区域 A 数据有效载荷
强制
P 或 C0-C2
奇偶校验或 CRC
1,3
纠错码
强制

表 2:具有子字段的附加 PSI5 数据包可选字段提供更多灵活性。(数据来源:Digi-Key Electronics)

PSI5 系统

NXP Semiconductors RDAIRBAGPSI5-001 是汽车安全气囊控制系统的一种参考设计,显示了基于 PSI5 的beplay|登录设计中的元素(图 4)。

NXP Semiconductors 安全气囊参考平台设计示意图

图 4:NXP Semiconductors 安全气囊参考平台设计的框图显示了基于 PSI5 的beplay|登录接口的元素。(图片来源:NXP Semiconductors)

该参考设计使用 NXP PSI5 收发器 ASSP 作为beplay|登录和微控制器之间的接口。ASSP 是一种混合模式(模拟/数字)设备,可处理多种约束系统相关功能。在beplay|登录方面,它最多支持四个beplay|登录通道,提供电源和控制。

PSI5 beplay|登录

加速、温度和压力beplay|登录在车辆中应用很普遍。与安全气囊系统相关的beplay|登录主要是加速计。ECU 附近通常有一个本地加速计。在车辆四周还有多个加速计,称为卫星beplay|登录。安全气囊 ECU 使用来自多个beplay|登录的数据确保故障保护性能。如果卫星beplay|登录检测到减速,ECU 还会轮询本地加速计以验证是否存在“碰撞”事件,而并非加速计故障。

典型的安全气囊加速计是单轴beplay|登录,适用于汽车应用,可配置的beplay|登录范围为 ±30 g 至 ±480 g,量程因素为 2。它支持 PSI5 直接连接,以及同步并行和菊花链双向通信。这些加速计可用于前端或侧面碰撞感应、冲击和振动检测或行人碰撞感应。

PSI5 beplay|登录连接拓扑

使用加速计时,PSI5 提供了几种将其连接到 ECU 的方法(图 5)。

四种不同beplay|登录连接拓扑的示意图

图 5:PSI5 支持的四种不同beplay|登录连接拓扑的示例,可供需要连接加速计的设计人员使用。在所有情况下,ECU 通过 PSI5 收发器为beplay|登录供电并读取beplay|登录数据。(图片来源:Digi-Key Electronics)

该图显示了 PSI5 支持的四种 ECU 与beplay|登录可能的连接方式。在所有情况下,ECU 通过 PSI5 收发器为beplay|登录供电并读取beplay|登录数据。在同步拓扑中,ECU 还控制beplay|登录。图 6 中的时序图有助于说明各种操作模式之间的差异。

四种 PSI5 连接拓扑的时序图

图 6:四种 PSI5 连接拓扑的时序有简单的点对点和较复杂的同步并行等。同步模式中的时序由 ECU 使用电压调制同步脉冲启动。(图片来源:Digi-Key Electronics)

连接加速计的最简单方法是使用直接点对点连接。在该模式中,ECU 为周期性传输数据的beplay|登录供电。数据传输的时序和重复率由beplay|登录控制。

当包含多个beplay|登录(例如,同一封装中的温度、压力或多轴加速beplay|登录)的beplay|登录集群直接连接时,则为与点对点连接相关的多通道集群模式。该连接能够以同步或异步时序模式实现。来自不同beplay|登录的数据可以被多路复用,或者如此处所示,合并成同一数据包内的两个不同数据段。

同步模式中的时序由 ECU 使用电压调制同步脉冲启动。

并行连接将每个beplay|登录分布于总线上。通过来自 ECU 的同步信号开始数据传输。然后,每个beplay|登录按其相应的指定时隙发送其数据。

在菊花链配置中,beplay|登录没有固定地址,可以连接到总线上的任意位置。在启动期间,每个beplay|登录接收单独的地址,然后将电源电压传递给后续beplay|登录。从 ECU 到beplay|登录的双向通信使用称为寻址序列的特定同步信号模式来完成寻址。在分配了各个地址之后,beplay|登录响应 ECU 产生的同步脉冲,开始按其相应时隙发送数据。

总结

设计人员需要在车辆上增加更多beplay|登录以提高车辆的安全性。如本文所述,PSI5 总线为连接多个beplay|登录提供了一种高度可靠且可互操作的方法,此方法在物理配置和数据包结构方面均具有灵活性。

  
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