多开关检测接口：用于更小、更高效设计的集成电源设计

汽车车身控制模块 (BCM) 是管理众多车辆舒适性、便利性和照明功能的电子控制单元，包括门锁、车窗、钟声、关闭传感器、内部和外部照明、雨刷和转向信号灯。具体来说，BCM 监控不同的驱动器开关并控制汽车中相应负载的电源。

典型的 BCM 由处理汽车 12V 电池电平驱动器开关状态的微控制器 (MCU) 组成。信号通过传统上使用分立无源元件(如电阻器、电容器和二极管)实现的接口电路连接到 MCU。我们必须注意保护 MCU 免受电池电压、静电放电 (ESD)、瞬变和电池反接情况的影响。此外，我们需要提供润湿电流来偏置开关输入并保持开关触点处于良好状态。

图 1 显示了如何处理外部接地开关输入的示例实现。电容 C2 分流 ESD 和瞬态能量;二极管 D1 阻断高压;电阻器 R4 设置开关处的润湿电流;电阻器 R4(与 R8 一起)将电池电压分压;电阻器 R1 至 R3、晶体管 Q1 和 Q2、电容器 C1 以及通用输入/输出 (GPIO) 引脚启用和禁用润湿电流。

图 1：离散润湿电流实施

这种离散方法有三个注意事项：

· MCU 以及因此 MCU 的电源电压必须保持有效，润湿电流才会有效。这严重影响了模块在低功耗(关闭)模式下消耗的最小电流量。

· 该解决方案需要大量无源元件，例如用于产生润湿电流的晶体管和电阻器，以及用于每个开关输入的二极管、电阻器和电容器。这使得整体解决方案的规模很大。

· 润湿电流会随电池电压而变化;例如，如果电池电压下降 30%，润湿电流也会下降 30%。

多开关检测接口 (MSDI) 是一种处理所有这些问题的设备，它汇总电池和接地连接的开关状态信息，并通过串行外围接口 (SPI) 与微处理器通信。

更小、更节省空间的解决方案的功能

MSDI 器件集成了可调节的润湿电流，能够为电池和接地连接的外部开关输入提供灌电流和拉电流。由于这些电流在内部受到监视和控制，因此它们在很宽的电池输入电压范围内保持一致。MSDI 开关输入还设计用于处理负载突降和反向电池电压，从而减少对分立阻塞二极管和润湿电流组件的需求，从而节省额外的电路板面积和成本。分立的 24 通道解决方案(如图 2 所示)将使用 75 个电阻器、25 个电容器、24 个二极管和两个外部晶体管。使用 TI TIC12400-Q1 集成 MSDI 解决方案的类似解决方案将 24 个电容器用于 IO 引脚，5 个电容器用于去耦，

用于离散处理开关输入上的润湿电流、反向阻断和 ESD 的解决方案尺寸的一对一比较，以及汽车多开关检测接口参考设计的片段，这是使用 TIC12400 的示例实现-Q1 设备及其所需的所有外部电路。采用 MSDI 参考设计的两层板上的总解决方案尺寸现在为 17.5mm x 18.8mm。

更高效的低功耗模式的功能

正如我之前提到的，要在低功耗模式下监控外部开关，微处理器需要保持通电和活动状态，这意味着 MCU 的稳压器也需要始终保持活动状态。这会在低功耗模式下产生更高的系统范围内的静态电流。

MSDI 设备直接使用汽车电池运行，并具有集成的低功耗轮询模式，可以监控用户选择的开关触点。例如，TIC12400-Q1 具有低功耗轮询模式和高压开漏中断输出引脚，可在开关状态变化时启用稳压器。这意味着我们可以关闭模块中的所有其他电路以实现超低功耗睡眠模式，从而帮助满足越来越严格的原始设备制造商 (OEM) 当前对睡眠模式的要求。

如我们所见，该器件正在启用润湿电流、监控输入电压并反复返回低功耗模式，同时等待开关触点改变状态。这导致模块的平均电流低得多，因为模块中的所有其他电路都被禁用。

随着 BCM 中的功能数量逐年增长，添加具有集成润湿电流、反向阻断和 ESD 保护的智能设备(如 MSDI)有助于实现更小的开关触点监控解决方案。此外，随着低功耗模式下对电流消耗的要求越来越严格，TIC12400-Q1 中的集成低功耗轮询模式可将系统范围的功耗降低多达 98%。