CN103179012A - 一种采用iCoupler磁隔离保护措施的FlexRay网络节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用iCoupler磁隔离保护措施的FlexRay网络节点，其包括FlexRay通信控制电路、FlexRay消息收发电路、iCoupler磁隔离电路、FlexRay总线滤波保护电路以及电源电路，所述电源电路的输入端连接外部供电电源，输出端分别连接FlexRay通信控制电路、iCoupler磁隔离电路，FlexRay通信控制电路、iCoupler磁隔离电路、FlexRay消息收发电路、FlexRay总线滤波保护电路依次串接，FlexRay总线滤波保护电路与iCoupler磁隔离电路、FlexRay总线相连。本发明采用iCoupler磁隔离技术，增加了总线滤波保护电路，实现了FlexRay网络节点内部电路和外部总线的隔离，消除了光耦相关的不确定的电流传送比率、非线性传送特性以及随时间漂移和随温度漂移问题，功耗降低了90%，并且无需外部驱动器或分立器件，减小了PCB面积，使电路的工作更加稳定。

Description

一种采用iCoupler磁隔离保护措施的FlexRay网络节点

技术领域

本发明涉及网络通讯技术领域，特别涉及一种采用iCoupler磁隔离保护措施的FlexRay网络节点。

背景技术

2000年，BMW公司和Daimler Chrysler公司在对FlexRay进行了初步研究的基础上，联合Philips公司、Motorola公司、BOASH公司、GM公司和VW公司创建了FlexRay联盟，并制定了满足未来车内控制应用通信需求的FlexRay通信协议。

FlexRay是一种双通道的高速（每通道10Mbps）、具有容错能力、基于时间触发和事件触发相结合的下一代车载总线标准，具有广泛的应用领域，如替代CAN总线、用做“数据主干网”、用于分布式控制系统、用于高安全性要求的系统（线控系统）。

国外对FlexRay 通信协议做了大量的研究和开发工作。2002年，FlexRay总线开始用于线控（x-by-wire）系统可行性鉴定。2007年，宝马5系新款SUV的电子控制减震器系统首次采用了FlexRay，即成为首款装备FlexRay通信系统的车型。同时，FlexRay通信协议逐步发展成熟，一些半导体厂商和研究机构制作了基于FlexRay通信的线控系统模型，飞思卡尔和恩智浦达成技术上协议，共同开发FlexRay通信芯片，在已有产品的基础上通过技术共享使得FlexRay技术最终成熟的时间大幅度提前。此外，英飞凌、瑞萨、富士通等半导体巨头，也相应有了FlexRay通信控制器的解决方案出台。

FlexRay在国内推进的趋势也在形成。同内一些高校及科研机构也开始对其协议规范进行研究，在解读规范的基础上陆续发表了一些论文，也开始搭建FlexRay实际的通信系统。

然而，在汽车应用或工业现场的数据采集中，由于存在高频环境且现场情况十分复杂，各个节点之间可能存在很高的共模电压。容易造成FlexRay接口无法正常工作，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。因此，在强干扰环境或高性能要求下，必须对FlexRay总线各个通信节点实行隔离。目前的FlexRay网络中网络节点大多没有采用隔离保护措施，极少数采用了简单的电气隔离。

传统的隔离电路通常选用光耦器件来进行隔离，光耦电路复杂，需要使用大量的电阻、三极管来保证隔离电路的正常工作，需要大面积PCB的同时，过多的电子元器件也会使电路不稳定，容易出问题。光耦电路是电流型器件，输入电流不同，发光二极管的光强就不同，这直接影响输出信号的质量，除此之外光耦器件存在速率低、功耗大、尺寸大等缺点，给应用带来了局限性。

隔离电路隔离信号的同时需要将电源同时进行隔离，光耦电路中只能用两套独立电源给隔离信号的两侧分别供电。将电源隔离与数据信号隔离集成在一起仍是一个挑战，这是因为难以将电源从非隔离系统侧传送到隔离现场侧。在过去，采用昂贵的模拟或者复杂的分立解决方案，通过隔离屏障传送电源需要占用很大的电路板空间。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种功耗低、抗干扰能力强的采用iCoupler磁隔离保护措施的FlexRay网络节点。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种采用iCoupler磁隔离保护措施的FlexRay网络节点，其包括FlexRay通信控制电路、FlexRay消息收发电路、iCoupler磁隔离电路、FlexRay总线滤波保护电路以及电源电路，所述电源电路的输入端连接外部供电电源，输出端分别连接FlexRay通信控制电路、iCoupler磁隔离电路，FlexRay通信控制电路、iCoupler磁隔离电路、FlexRay消息收发电路、FlexRay总线滤波保护电路依次串接，FlexRay总线滤波保护电路与iCoupler磁隔离电路、FlexRay总线相连。

进一步，上述iCoupler磁隔离电路包括第一磁隔离器件和第二磁隔离器件，所述第一磁隔离器件、第二磁隔离器件的一端接FlexRay通信控制电路，另一端接FlexRay消息收发电路。

进一步，上述FlexRay总线滤波保护电路包括共模滤波器、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容，第一瞬变二极管、第二瞬变二极管，所述共模滤波器的输入端连接FlexRay消息收发电路，输出端连接FlexRay总线，第一瞬变二极管负端和第一电阻的一端与FlexRay总线相连，第一瞬变二极管正端和第一电阻的另一端通过第三电容连接到iCoupler磁隔离电路电源负端；第二瞬变二极管负端和第二电阻的一端与FlexRay总线相连，第二瞬变二极管正端和第二电阻的另一端通过第三电容连接到iCoupler磁隔离电路电源负端；第一电容一端和FlexRay总线相连，另一端连接iCoupler磁隔离电路；第二电容一端和FlexRay总线相连，另一端连接iCoupler磁隔离电路电源负端。

进一步，上述FlexRay通信控制电路的主控制器芯片为MC9S12XF512。

进一步，上述FlexRay消息收发电路的主芯片为TJA1080A。

进一步，上述iCoupler磁隔离电路的第一磁隔离器件、第二磁隔离器件为ADuM5402。

进一步，上述FlexRay总线滤波保护电路的共模滤波器为DLW31SN222SQ2。

进一步，上述FlexRay总线滤波保护电路的第一瞬变二极管、第二瞬变二极管为TVS2P6KE68CA。

进一步，上述FlexRay总线滤波保护电路的第一电容、第二电容的容值为10pF，第三电容的容值为47pF。

进一步，上述FlexRay总线滤波保护电路的第一电阻、第二电阻的阻值均为47欧姆，精度为1%。

本发明的的有益效果在于：

1、本发明采用了iCoupler磁隔离技术，增加了总线滤波保护电路，实现了FlexRay网络节点内部电路和外部总线的隔离，当外部有高压或大电流信号时，不会对内部电路造成冲击，总线滤波保护电路可以滤除总线上的干扰，吸收瞬时高压信号；

2、本发明中采用iCoupler磁隔离技术，消除了光耦相关的不确定的电流传送比率、非线性传送特性以及随时间漂移和随温度漂移问题，功耗降低了90%，并且无需外部驱动器或分立器件，减小了PCB面积，使电路的工作更加稳定，其内部集成的施密特整形器将一些干扰信号滤除，同时保证输出波形的上升下降沿标准，有助于提高噪声抗扰能力。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明的FlexRay总线滤波保护电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，包括电源电路、FlexRay通信控制电路、iCoupler磁隔离电路、FlexRay消息收发电路、FlexRay总线滤波保护电路，外部供电电源和FlexRay总线。

电源电路从外部供电电源获得供电信号，经电源电路稳压、滤波后，输出一路稳定的电压V1给FlexRay通信控制电路和iCoupler磁隔离电路原边供电，磁隔离电路的原边指磁隔离电路中与FlexRay通信控制电路相连接的部分。电源电路提供的电源经iCoupler磁隔离电路内部集成的DC/DC变换后，在iCoupler磁隔离电路的副边得到一个独立的电源V2，给FlexRay消息收发电路、FlexRay总线滤波保护电路供电。iCoupler磁隔离电路的副边指iCoupler磁隔离电路中与FlexRay消息收发电路相连接的部分。

FlexRay通信控制电路从电源电路获得供电信号V1，FlexRay通信控制电路的发送信号TXD1、发送数据使能信号TXEN1、低功耗模式信号STBN1、输入使能信号EN1、接收信号RXD1、错误输入信号ERRN1、接收数据使能信号RXEN1、本地唤醒信号WAKE1通过iCoupler磁隔离电路分别与FlexRay消息收发电路的发送信号TXD2、发送数据使能信号TXEN2、低功耗模式信号STBN2、输入使能信号EN2、接收信号RXD2、错误输入信号ERRN2、接收数据使能信号RXEN2、本地唤醒信号WAKE2相连，FlexRay消息收发电路的总线信号正BP1、总线信号负BM2通过FlexRay总线滤波保护电路与FlexRay总线相连。

iCoupler磁隔离电路连接FlexRay通信控制电路与FlexRay消息收发电路之间的八路信号为：发送信号TXD、发送数据使能信号TXEN、低功耗模式信号STBN、输入使能信号EN、接收信号RXD、错误输入信号ERRN、接收数据使能信号RXEN、本地唤醒信号WAKE。其中FlexRay通信控制电路的发送信号TXD1、发送数据使能信号TXEN1、低功耗模式信号STBN1、输入使能信号EN1分别经iCoupler磁隔离电路输入到FlexRay消息收发电路的发送信号TXD2、发送数据使能信号TXEN2、低功耗模式信号STBN2、输入使能信号EN2；FlexRay消息收发电路的接收信号RXD2、错误输入信号ERRN2、接收数据使能信号RXEN2、本地唤醒信号WAKE2分别经iCoupler磁隔离电路输入到FlexRay通信控制电路的接收信号RXD1、错误输入信号ERRN1、接收数据使能信号RXEN1、本地唤醒信号WAKE1。

iCoupler磁隔离电路中包括第一磁隔离器件、第二磁隔离器件。磁隔离器件包括两路输入信号、两路输出信号。第一磁隔离器件的对外接接口包括原边电源输入端V1、原边信号输入端（发送信号TXD1、发送数据使能信号TXEN1）、原边信号输出端（接收信号RXD1、接收数据使能信号RXEN1）、副边信号输入端（接收信号RXD2、接收数据使能信号RXEN2）、副边信号输出端（发送信号TXD2、发送数据使能信号TXEN2）、副边电源输出端V2。其中原边电源输入端V1从电源电路获得稳定电源V1，原边信号输入端和原边信号输出端与FlexRay通信控制电路相连接，副边信号输入端和副边信号输出端与FlexRay消息收发电路相连接，副边电源输出端V2输出电源V2给FlexRay消息收发电路、FlexRay总线滤波保护电路供电。

FlexRay消息收发电路从iCoupler磁隔离电路获得供电电源V2，与iCoupler磁隔离电路有八路信号连接，包括四路输入信号、四路输出信号，分别为发送信号TXD、发送数据使能信号TXEN、低功耗模式信号STBN、输入使能信号EN、接收信号RXD、错误输入信号ERRN、接收数据使能信号RXEN、本地唤醒信号WAKE。FlexRay消息收发电路的总线信号正BP1和总线信号负BM1通过FlexRay总线滤波保护电路与FlexRay总线的总线信号正BP2和总线信号负BM2相连。

FlexRay总线滤波保护电路将FlexRay消息收发电路的总线信号正BP1和总线信号负BM1与FlexRay总线上的总线信号正BP2和总线信号负BM2相连。如图2所示，FlexRay总线滤波保护电路包括共模滤波器L1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3，第一瞬变二极管TVS1、第二瞬变二极管TVS2。FlexRay总线滤波保护电路中共模滤波器L1的输入端连接FlexRay消息收发电路的差分信号信号总线信号正BP1和总线信号负BM1，输出端连接FlexRay总线上的总线信号正BP2和总线信号负BM2；第一瞬变二极管TVS1负端和第一电阻R1的一端与FlexRay总线上的总线信号正BP2相连，第一瞬变二极管TVS1正端和第一电阻R1的另一端通过第三电容C3连接到电源V2的负端；第二瞬变二极管TVS2负端和第二电阻R2的一端与FlexRay总线上的总线信号负BM2相连，第二瞬变二极管TVS2正端和第二电阻R2的另一端通过第三电容C3连接到电源V2的负端；第一电容C1一端和FlexRay总线上的总线信号正BP2相连，另一端连接V2负端；第二电容C2一端和FlexRay总线上的总线信号负BM2相连，另一端连接V2负端。

Claims (10)

1.一种采用iCoupler磁隔离电路的FlexRay网络节点，其特征在于：包括FlexRay通信控制电路、FlexRay消息收发电路、iCoupler磁隔离电路、FlexRay总线滤波保护电路以及电源电路，所述电源电路的输入端连接外部供电电源，输出端分别连接FlexRay通信控制电路、iCoupler磁隔离电路，FlexRay通信控制电路、iCoupler磁隔离电路、FlexRay消息收发电路、FlexRay总线滤波保护电路依次串接，FlexRay总线滤波保护电路与iCoupler磁隔离电路、FlexRay总线相连。

2.如权利要求1所述的一种采用iCoupler磁隔离保护措施的FlexRay网络节点，其特征在于：所述iCoupler磁隔离电路包括第一磁隔离器件和第二磁隔离器件，所述第一磁隔离器件、第二磁隔离器件的一端接FlexRay通信控制电路，另一端接FlexRay消息收发电路。

3.如权利要求1所述的一种采用iCoupler磁隔离保护措施的FlexRay网络节点，其特征在于：所述FlexRay总线滤波保护电路包括共模滤波器、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容，第一瞬变二极管、第二瞬变二极管，所述共模滤波器的输入端连接FlexRay消息收发电路，输出端连接FlexRay总线，第一瞬变二极管负端和第一电阻的一端与FlexRay总线相连，第一瞬变二极管正端和第一电阻的另一端通过第三电容连接到iCoupler磁隔离电路电源负端；第二瞬变二极管负端和第二电阻的一端与FlexRay总线相连，第二瞬变二极管正端和第二电阻的另一端通过第三电容连接到iCoupler磁隔离电路电源负端；第一电容一端和FlexRay总线相连，另一端连接iCoupler磁隔离电路电源负端；第二电容一端和FlexRay总线相连，另一端连接iCoupler磁隔离电路电源负端。

4.如权利要求1所述的一种采用iCoupler磁隔离保护措施的FlexRay网络节点，其特征在于：所述FlexRay通信控制电路的主控制器芯片为MC9S12XF512。

5.如权利要求1所述的一种采用iCoupler磁隔离保护措施的FlexRay网络节点，其特征在于：所述FlexRay消息收发电路的主芯片为TJA1080A。

6.如权利要求2所述的一种采用iCoupler磁隔离保护措施的FlexRay网络节点，其特征在于：所述第一磁隔离器件、第二磁隔离器件为ADuM5402。

7.如权利要求3所述的一种采用iCoupler磁隔离保护措施的FlexRay网络节点，其特征在于：所述共模滤波器为DLW31SN222SQ2。

8.如权利要求3所述的一种采用iCoupler磁隔离保护措施的FlexRay网络节点，其特征在于：所述第一瞬变二极管、第二瞬变二极管为TVS2P6KE68CA。

9.如权利要求3所述的一种采用iCoupler磁隔离保护措施的FlexRay网络节点，其特征在于：所述第一电容、第二电容的容值为10pF，第三电容的容值为47pF。

10.如权利要求3所述的一种采用iCoupler磁隔离保护措施的FlexRay网络节点，其特征在于：所述第一电阻、第二电阻的阻值均为47欧姆，精度为1%。

Images