汽车LIN总线物理接口器件MC33399的原理及应用

    摘要：MC33399是Frescale公司推出的汽车LIN总线单线物理接口器件。文中详细介绍了MC33399的主要功能、内部结构以及工作原理，并在此基础上给出了MC33399的典型应用电路。

    关键词：MC33399 LIN总线 汽车电子

1 概述

LIN（Local Interconnect Network局域互连网络）是一种低成本的总线网络。其最初的开发目的在于弥补CAN总线的不足，主要用于汽车中某些对通信速率要求不高的场合，LIN总线作为CAN总线的辅助网络或子网络使用可以解决汽车内因导线过多所带来的许多问题。

一个简单的LIN节点除了微控制器外，还需要两个芯片，即LIN接口芯片和5V的电压调节器。Freescale公司的MC33399芯片是专用于LIN的单线物理接口器件。该器件的功耗非常低，可控制外部稳压器，安全符合LIN规范，抗干扰能力强，是一种高性能的模拟器件，适用于工作环境比较复杂的汽车。MC33399的主要特点如下：

·通信速率范围为1～20kb/s；

·额定工作电压：8V～18V，正常电压：7V～27V；

·无功节点不影响总线状态；

·有正常和睡眠两种工作模式，睡眠模式下的静态电流仅20μA；

·LIN总线唤醒、MCU命令唤醒以及接口外部高压开关输入唤醒；

·通过兼容的CMOS I/O脚与MCU进行接口；

·带有外部稳压器控制功能；

·内置上拉电阻；

·LIN引脚的ESD电压可达4kV；

·具有很好的电磁兼容性；

·工作温度范围为-40℃～125℃。

2 引脚功能

MC33399采用SO8型贴片式封装。图1示出引脚排列，各引脚的功能说明如表1所列。

表1 MC33399的引脚功能

3 内部结构及工作原理

MC33399的内部结构框图如图2所示。现将其主要工作原理介绍如下：

3．1 主要功能

MC33399的工作模式由使能端EN来控制。当EN为1时，电路处于正常工作状态，此时由TX引脚到LIN总线以及由LIN总线到RX引脚的两条传输路径均被激活。当EN为0时，芯片进入睡眠或低功耗模式，此时两条传输路径被禁止。睡眠模式下，LIN引脚可通过上拉电阻和上位电流源保持在高电平Vsup，并通过Vsup引脚由电源向芯片提供静态电流（典型值为20μA）。

MC33399的LIN引脚用于完成单总线收发功能。TX引脚则用于控制LIN引脚的输出状态，工作时，这两引脚的状态始终保持一致。而RX引脚则可用来显示LIN总线的状态，LIN总线呈现高电平（隐性）时，RX为高；反之，LIN总线为低电平（显性）时，RX为低。RX输出为典型的CMOS推挽输出结构。

由于其特定的内部结构，当地漂移或者电源连接失败时，将不会有反向电流从LIN总线进入芯片内部。MC33399允许Wake引脚输入高压唤醒，同时也可用Wake引脚由高到低或由低到高的两种跳变唤醒，当芯片进入睡眠状态时，芯片将记录下当前Wake引脚的状态。而当电路检测到Wake端相反状态时，就认为发生了唤醒事件。此外，芯片还内置有噪声滤波器，它能够抑制总线高频噪声干扰，防止错误唤醒。

3．2 睡眠唤醒

MC33399可用如下三种方式从睡眠模式中唤醒：

（1）LIN总线唤醒

总线上任一节点发送“唤醒帧”，都可使LIN引脚的状态由隐性变为显性，以唤醒芯片。唤醒时，MC33399处于“等待模式”，INH引脚置高电平以激活外部稳压器。此后，MCU上电并将EN引脚置高电平，从而使芯片由“等待模式”进入“正常模式”。

（2）内部节点激活唤醒

当本地节点中的MCU发出指令将EN引脚置高电平时，芯片也会进入“正常模式”。

（3）通过Wake引脚唤醒

通过在MC33399芯片外部设置开关，以使Wake引脚输入高压唤醒。

图3

4 典型应用电路

图3是MC33399的典型应用电路，该电路采用Wake引脚输入开关唤醒方式，其中的5V外部稳压器是可控的。图中，EN引脚直接与MCM的I/O口相连，用于选择MC33399的工作状态。通信接收引脚RX和发送引脚TX分别与MCU的串行通信接口（SCI）相应连接，以完成通信功能。INH引脚直接接到外部稳压器的控制端，当电路正常工作时，INH引脚输出高电平，外部稳压器被激活，正常输出5V电压给MCU供电；而当芯片进入睡眠模式时，INH引脚输出低电平使外部稳压器禁止，MCU掉电。此外，INH引脚还可通过晶体管连接到MCU的IRQ或者XIRQ引脚产生中断，此时外部稳压器应选用不可控的。芯片的应用方式与图3类似，只是INH引脚的接法不一致。

由于该电路内部在LIN引脚与Vsup引脚集成了上拉电阻和串联二极管，所以总线从节点不需要外置上拉元件。但对于主节点，则必须在外部增加1kΩ的上拉电阻器，并且要串联一个二极管以防止电池掉电时MC33399通过总线上电。

通过Wake引脚外接开关可为Wake引脚输入高压，以将MC33399从睡眠模式中唤西。当Wake引脚的输入电压超过14V时，为防止输入电流过大，必须接入串联电阻器来限制瞬时脉冲电流（阻值一般为33kΩ）。同时必须注意Wake引脚不得悬空。若不使用该引脚，必须将其接地以防止错误唤醒。

5 结束语

MC33399电路以其完善的性能被广泛应用于汽车车身控制系统。与该电路配合使用的外部稳压器可选用8引脚电路LT1121。实际上，这两种芯片将被Freescale公司新的系统基础芯片（SBC）所代替。