CN103346774B - 一种电流模驱动型的抗电磁干扰lin驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电流模驱动型的抗电磁干扰LIN驱动器，包括斜率控制电路，用于对信号进行边沿整形；模拟缓冲器，与斜率控制电路连接，用于屏蔽电路负载对斜率控制电路的影响；分压网络，与模拟缓冲器连接，用于对模拟缓冲器的输出信号进行线性降压；电流预驱动级，与分压网络连接，用于将分压网络输出的电压信号线性转变为电流信号；输出驱动级，与电流预驱动级连接，用于线性放大电流预驱动级的输出信号；外部负载，与输出驱动级连接。本发明解决了现有LIN总线驱动器在复杂电磁环境中抗干扰能力不足的相关问题，增强了LIN总线的鲁棒性，进而确保了汽车等工业应用中的安全性和可靠性。

Description

一种电流模驱动型的抗电磁干扰LIN驱动器

技术领域

本发明涉及一种抗电磁干扰LIN驱动器，特别是涉及一种电流模驱动型的抗电磁干扰LIN驱动器。

背景技术

LIN总线结构是汽车等工业分布式电子系统控制中广泛应用的连接方式。LIN总线驱动器的功能是将协议控制器产生的TXD信号，转换为斜率和波形受到严格限制的输出信号，发送至LIN总线。由于应用环境中复杂的电磁环境，就电磁兼容而言，LIN驱动器设计必须考虑两个方面的问题：一是电磁辐射（ElectromagneticEmission，简称EME），LIN总线信号不能产生严重的电磁辐射，否则会干扰相邻电路或系统的正常工作；二是抗电磁干扰（ElectromagneticInterference，简称EMI），电磁干扰信号既可以导致总线上显性和隐性电平的误码，也可以引起总线信号上升和下降传输延迟的不对称，使占空比远远偏离标准值。LIN协议中规定，在最坏情况下（传输速率为20Kbit/s）占空比必须保持在39.6%～58.1%。而上述两者的性能均会影响通信的正确性，从而影响汽车等工业应用的安全性和可靠性。

现有的LIN驱动器电路如图1所示，一般是由斜率控制电路1、反馈电容2、输出驱动级3和外部负载4构成。该结构能够简单有效地实现对输出信号电压的斜率控制，减小EME。但由于斜率控制电路1实际为电压预驱动，输出电压信号，所以其输出阻抗较大，当直接连接到输出驱动级3的输入端时，使得该输入端对地阻抗很大，同时由于反馈电容的存在，总线在强磁场环境中，将耦合较大幅值的干扰信号到至出驱动级3的输入端，由于二极管D2的存在，该干扰信号始终为正值，从而拉低了总线上的平均直流电平，导致总线上显性和隐性电平的误码和总线信号上升下降沿的传输延时不对称，使占空比远远偏离标准值，进而导致通信错误。此外该结构斜率控制电路1和输出驱动级3通过反馈电容2直接相连，总线上的干扰信号将直接导致信号的斜率变化，从而影响占空比，因此该结构在抗EMI能力方面存在严重不足。

由上述分析可知，输出驱动级3采用电压预驱动和反馈电容极大地限制了LIN驱动器的抗EMI的能力。对于如汽车应用等极其复杂的电磁环境，在满足较低EME要求的同时，提高LIN驱动器的抗EMI能力，具有现实和迫切的需求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电流模驱动型的抗电磁干扰LIN驱动器，用于解决现有技术中，LIN总线驱动器在复杂电磁环境中抗干扰能力的不足，导致的总线上出现的显性和隐性电平的误码率高、信号上升下降沿的传输延时对称性差、信号转换边沿易受干扰等问题，以提高其抗EMI能力，增强总线的鲁棒性，进而确保在汽车和其它工业应用中的安全性和可靠性。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电流模驱动型的抗电磁干扰LIN驱动器，包括：斜率控制电路，用于对信号进行边沿整形；模拟缓冲器，与所述斜率控制电路连接，用于屏蔽电路负载对所述斜率控制电路的影响；分压网络，与所述模拟缓冲器连接，用于对所述模拟缓冲器的输出信号进行线性降压；电流预驱动级，与所述分压网络连接，用于将所述分压网络输出的电压信号线性转变为电流信号；输出驱动级，与所述电流预驱动级连接，用于线性放大所述电流预驱动级的输出信号；外部负载，与所述输出驱动级连接。

优选地，所述电流预驱动级包括线性压流转换器、第一电流镜、稳流器、复制电路和电压跟随器，还包括第一MOS管；所述输出驱动级包括第二MOS管；所述第一MOS管与所述第二MOS管构成第二电流镜。

如上所述，本发明的电流模驱动型的抗电磁干扰LIN驱动器，具有以下有益效果：由于模拟缓冲器和电流预驱动级的作用，解决了LIN总线在复杂电磁环境中，显性和隐性电平的误码率高和信号上升下降沿的传输延时对称性差的问题。同时通过将LIN总线驱动器的斜率控制电路和输出驱动级相互分离，解决了总线信号转换边沿易受干扰的问题。综合上述设计，可以保证LIN总线驱动器在复杂电磁场环境中，仍保持总线信号占空比的相对恒定性，从而极大地提高了该驱动器的抗EMI的能力，增强了LIN总线的鲁棒性，进而确保了汽车等工业应用中的安全性和可靠性。

附图说明

图1显示为现有技术中LIN驱动器的电路图；

图2显示为根据本发明的电流模驱动型的抗电磁干扰LIN驱动器实施例电路图；

图3显示为图2中电流预驱动级4的一种实施例的电路图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

下面结合附图2-3详细描述本发明的一个实施例。如图2所示，本实施例的抗EMI的LIN驱动器包括斜率控制电路1；模拟缓冲器2；分压网络3；电流预驱动级4；输出驱动级5以及外部负载6。其中VDD为低压电源，VBAT为高压电源，VBAT对应LIN总线隐性电平。为简化说明，本例中的分压网络3仅由电阻R1和R2实现。斜率控制电路1的输出接模拟缓冲器2的输入；模拟缓冲器2的输出接分压电阻R1的一端；分压电阻R1的另一端接电流预驱动级4的输入和分压电阻R2的一端；分压电阻R2的另一端接地；电流预驱动级4的输出接输出驱动级5的输入；输出驱动级5的输出接外部负载6。

电流预驱动级4的一种实施方式如图3所示，包括线性压流转换器41；电流镜42、43；稳流器44和复制电路45；电压跟随器46。其中，线性压流转换器41包括：运算放大器411；MOS管M9和电阻R3。电流镜42包括MOS管M1和M2。电流镜43由M4和输出驱动管M0构成。稳流器44由M3实现。电压跟随器46包括MOS管M7、M8。复制电路45应当与电压跟随器具有相同的结构，所以本例中复制电路45包括MOS管M5、M6。各组件连接关系如图3所示。

根据图2-3所示的实施例，由斜率控制电路1对协议控制器传递的输入信号（TXD）进行边沿整形，将TXD信号转换为边沿对称的梯形信号。模拟缓冲器2将斜率控制电路1与电阻分压网络3分离，避免斜率控制电路1输出的梯形信号受负载电阻影响。电阻分压网络3对模拟缓冲器2的输出信号进行线性降压，降压后该信号传递给电流预驱动级4，通过电流预驱动电路4控制输出驱动级5的输出电流，使其线性变化，达到降低EME的效果，同时对电流预驱动级4的输出端进行低阻抗设计，使得总线干扰信号在输出驱动级5的输入端大幅度衰减，确保总线平均电平不受影响，采用复制电路45将电流预驱动级4和输出驱动级5之间的信号镜像节点相互分离，确保了电流预驱动级4的输出电流稳定性将斜率控制电路1和输出驱动级5相互分离，避免干扰信号对斜率控制电路的影响，保证了总线信号转换边沿的不变性。通过上述设计可以使得总线信号占空比即使在强电磁场环境中仍保持相对恒定，进而确保总线通信的正确性。对电磁兼容要求苛刻的环境中，提高总线芯片的抗EMI能力，可以有效的确保相关设备的安全性和可靠性。

电流预驱动级4晶体管级的工作原理为运算放大器411、电阻R3和MOS管M9将输入电压信号线性转换为电流信号，MOS管M1和M2构成电流镜，将该电流信号镜像提供预驱动电流，M4和输出驱动管M0为同类型MOS管，构成电流镜，由电流预驱动级4控制输出驱动级5的输出电流，使其线性变化，从而降低EME。MOS管M5、M6是M7、M8的复制电路，将M4和输出驱动管M0之间的信号镜像节点分离，使得预驱动级4的输入电流保持稳定，不受干扰。这里，MOS管M5、M6的尺寸与M7、M8成比例即可，例如M5、M6的尺寸分别为M7、M8的二分之一或者两倍，而无需完全一样。M3起进一步稳定预驱动级4输入电流的作用。M7和M8构成电压跟随器，减小了电流预驱动级的输出阻抗，即减小了输出驱动级输入端对地阻抗，该阻抗近似为（“//”表示并联），其中gm7和gm8分别为M7和M8的跨导。当总线上叠加的干扰信号通过输出驱动管M0的栅漏寄生电容耦合到该管栅极时，由于栅极对地阻抗很小，可以有效地衰减该干扰信号，从而保证了输出驱动级5输出信号的平均直流电平相对稳定，使得输出信号占空比和传输延迟变化很小。

需要说明的是，实际应用中，本领域技术人员可以对图2-3所示的实施例作多种改变，例如但不限于，使用其它方式实现分压网络3、线性压流转换器41、电流镜42、43、稳流器44和复制电路45、电压跟随器46；或在性能要求更高的场合对电压跟随器46进行低输出阻抗设计；或在性能要求不高的场合省略稳流器44，或省略M5、M6以简化复制电路45等等，所以这些改变均未超出本发明的思想。

综上所述，本发明解决了LIN总线驱动器在复杂电磁环境中，因抗EMI能力的不足，导致的总线上显性和隐性电平的误码、总线信号上升下降沿的传输延时对称性差、信号转换边沿易受干扰等问题，确保总线信号占空比保持相对恒定，大大提高了驱动器的抗EMI能力，增强了LIN总线的鲁棒性，进而确保了汽车等工业应用中的安全性和可靠性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而且具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种电流模驱动型的抗电磁干扰LIN驱动器，其特征在于，包括：

斜率控制电路，用于对信号进行边沿整形；

模拟缓冲器，与所述斜率控制电路连接，用于屏蔽电路负载对所述斜率控制电路的影响；

分压网络，与所述模拟缓冲器连接，用于对所述模拟缓冲器的输出信号进行线性降压；

电流预驱动级，与所述分压网络连接，用于将所述分压网络输出的电压信号线性转变为电流信号；所述电流预驱动级包括线性压流转换器、第一电流镜、稳流器、复制电路和电压跟随器，还包括第一MOS管；

所述输出驱动级包括第二MOS管；

所述第一MOS管与所述第二MOS管构成第二电流镜；

输出驱动级，与所述电流预驱动级连接，用于线性放大所述电流预驱动级的输出信号；

外部负载，与所述输出驱动级连接。

2.根据权利要求1所述的电流模驱动型的抗电磁干扰LIN驱动器，其特征在于，所述线性压流转换器包括运算放大器，至少一个电阻和一个MOS管。

3.根据权利要求1所述的电流模驱动型的抗电磁干扰LIN驱动器，其特征在于，第一电流镜包括至少两个MOS管。

4.根据权利要求1所述的电流模驱动型的抗电磁干扰LIN驱动器，其特征在于，所述电压跟随器包括至少两个MOS管。

5.根据权利要求4所述的电流模驱动型的抗电磁干扰LIN驱动器，其特征在于，所述复制电路与所述电压跟随器结构相同，且所述复制电路中MOS管的尺寸与所述电压跟随器中的MOS管尺寸成比例关系。

6.根据权利要求1所述的电流模驱动型的抗电磁干扰LIN驱动器，其特征在于，所述稳流器包括至少一个MOS管。