多開關檢測介面：為實現更小型、更高效設計集成化功能

作者：John Griffith

作為汽車的電子控制裝置，汽車車身控制模塊（BCMs）可以控制與汽車舒適性、便利性和照明等相關的多種功能，包括門鎖、車窗、警報聲、關閉感測器、內飾和外飾照明、雨刮器和轉向燈。如圖1所示，BCM可以監控不同的驅動開關並根據相應的車內負載控制功率。

圖1：BCM框圖

通常，一款BCM會包含一個處理汽車12V電池量驅動器開關狀態的微處理器。傳統上採用電阻電容和二極體等分立式無源器件通過介面電路將信號連接至微處理器。您必須細心保護微處理器免受電池電壓、靜電放電(ESD)、瞬態和反向電池的影響。另外，您需要為偏置開關輸入提供附聚電流並確保開關接觸點狀態良好。

圖2所示的實際案例闡述了如何處理外部接地開關輸入。電容C2分流ESD和瞬態能量；二極體D1阻止高壓；電阻R4設置開關處的附聚電流；電阻R4與R8共同分壓；電阻R1通過R3、晶體管Q1和Q2、電容C1以及通用的輸入/輸出(GPIO)引腳啟用或禁用附聚電流。

圖2：分立附聚電流結構圖

該分立方法具有三則注意事項：

• 微控制器以及微控制器電源電壓必須保持活躍才能使附聚電流處於激活狀態。這會嚴重影響模塊在低功耗（切斷）模式下消耗的電流最小值。
• 本解決方案需要大量的無源器件，如：用於製造附聚電流的晶體管和電阻、以及適用於每個開關輸入的二極體、電阻和電容等。這導致整個解決方案的尺寸變大。
• 附聚電流將隨著電池電壓變化；比如如果電池電壓下降30%，附聚電流也會下降30%。

多開關檢測介面(MSDI)是一種可以處理各種問題的設備，可以彙集電池連接和接地連接的開關狀態信息，並通過串列外設介面(SPI)對微處理器進行通訊支持。

實現尺寸更小、空間利用率更高解決方案的特點

MSDI設備集成了可調節的附聚電流，能夠控制電池連接及接地連接的外部開關輸入灌電流和拉電流。由於這些電流由內部設備監測控制，因此它們與大範圍的電池輸入電壓保持一致。MSDI開關輸入還專為處理負載突降和反向電池電壓而設計，減少對分立阻塞二極體和附聚電流元件的需求，從而更多地節省電路板區域和成本。如圖2所示，分立的24通道解決方案使用了75個電阻，25個電容，24個二極體和2個外部晶體管。相較之下，TI的TIC12400-Q1多開關檢測介面(MSDI)僅使用24個IO引腳電容、5個去耦電容、用於中斷輸出的單個電阻以及單個的MSDI設備。

圖3一對一比較了用於處理開關輸入的分立附聚電流、反向阻斷和ESD的解決方案尺寸與汽車多開關檢測介面參考設計中利用包含全部所需外部電路的TIC12400-Q1設備部分的尺寸。目前，具有MSDI參考設計的兩層電路板總解決方案的尺寸為17.5mmX18.8mm。

圖3：TIC12400-Q1解決方案尺寸

實現更高效率更低功耗模式的特點

正如上面提到的，為監控低功耗模式下的外部開關，需要使微處理器保持通電狀態且處於激活狀態。這意味著微處理控制器的穩壓器也必須時刻保持激活狀態。這導致在低功耗模式下全系統具有更高的靜態電流。

MSDI設備直接使用汽車的電池量，而且其具有的集成式低功耗輪詢模式使其能監控用戶所選的開關觸點。比如：TIC12400-Q1具有低功耗輪詢模式和一個高壓開漏中斷輸出引腳，可以使穩壓器關注開關狀態的變化。這意味著您可以關閉模塊中的其它電路，實現超低功耗睡眠模式，從而滿足原始設備製造商(OEM)對睡眠模式日漸嚴苛的要求。

圖4顯示TIC12400-Q1處於低功耗輪詢模式時的示波器屏幕截圖。信道1顯示開路開關觸點的電壓，而信道2顯示設備的電流消耗。

圖4：具有開關監控功能的低功耗輪詢模式

如您如見，該設備在等待開關觸點更改狀態時可以啟用附聚電流、監控輸入電壓並重複地返回至低功耗模式。由於模塊中的所有其它電路被禁用，導致該模塊的平均電流更低。

隨著BCM的功能逐年增多，如具有內置的附聚電流、反向阻斷和ESD保護MSDI等智能設備的附加功能將幫助實現更小的開關觸點監控解決方案。另外，由於低功耗模式對電流消耗的要求越來越高，內置低功耗輪詢模式的TIC12400-Q1使全系統功率節省高達98％。

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