硬件设计规则.pdf

《硬件设计规则.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《硬件设计规则.pdf（21页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 目录：一、电源回路设计 二、输入回路设计 2.1、负触发回路 2.2、正触发回路 2.3、车速/转速 PWM 输入回路 2.4、AD 输入回路 三、输出回路设计 3.1、典型输出回路 3.1.1、高电平驱动回路 3.1.2、低电平驱动回路 3.2、BCM 驱动回路介绍 3.2.1、马达输出控制回路 3.2.2、室内灯控制回路 3.2.3、中控门锁控制回路 3.2.4、继电器控制回路 3.2.5、转向灯驱动回路 3.2.6、蜂鸣器驱动回路 3.2.7、安全指示灯驱动回路 3.2.8、低驱保护回路设计 四、通信回路设计 4.1、LIN回路设计 4.2、CAN 回路设计 五、MCU 回路设计 六、

2、高频接收板基本原理 七、发射器基本原理 7.1、基于 HCS300编码器的遥控器设计如下图：7.1.2、电路设计说明：八、运放在 BCM 中的应用 8.1、用于车窗电机侦测的差分运放回路 8.1.1、电路原理说明 8.1.2、放大倍数原则：一、电源回路设计 D112R1Z112C1C3C2C40TNRU1VbatVDD 设计原理：1、TNR为突波吸收器，可有效吸收正负 Surge。2、D1 可阻隔逆向输入电压，避免后端元件因逆向电压烧毁。3、Z1（27V/1W Zener）可将突波吸收器未能完全吸收的 Surge稳压至 27V。4、R1（100.1/2W）为 Z1 的限流电阻，可避免过大的电流

3、将 Z1 烧毁。5、C1、C2、C3、C4 为稳压滤波电路，确保 5V 电源之稳定，不受外在干扰影响。6、建议值：TNR S14K14AUTO R1=100 1/2W C1=104P C2=220uF/35V C3=104P C4=220uF/16V 二、输入回路设计 2.1、负触发回路设计（车门开关、中控锁开关、中控锁状态开关，阳光传感器）R1R2R4D112C1C2000VbatInputOut 设计原理：1、C1 可消除 ESD，须尽量靠近连接器端。2、D1 可阻隔外部电压影响到内部回路（用 12V上拉时，可省去）。3、R1 为上拉电阻，其选值不能过大（？为什么不能过大），以避免外部开关

4、入水后产生水电阻时，造成输入端降为低位准，使端口误触发。4、R2、R4 为分压电阻，将电池电压降至一般 MCU 可以接受的电压范围。5、C2 为滤波电容，可滤除开关动作时的弹跳。6、建议值：R1=1.3K(贴片封装 1206)R2=100K R4=150K C1=100nF(耐压 100V)C2=10nF 水电阻说明 R1R2R4D112C1C2000VbatOut0 2.2、正触发回路设计（点火开关、雨刮开关间歇及低速、倒车信号、行李箱开关、自动光开关、点火开关、后洗涤开关）R3R2R1C2C1D1120000InputOut 设计原理：1、C1 可消除 ESD，须尽量靠近连接器端。2、D1

5、 可阻隔外部电压影响到内部回路（可省去）。3、R1 为下拉电阻，可吸收 Surge。增强信号传输时的抗干扰能力。4、R2、R3 为分压电阻，将输入电压降至一般 MCU 可接受的电压范围。5、C2 为滤波电容，可消除开关作动时的弹跳。6、建议值：R1=3K（贴片 1206封装）R2=100K R3=150K C1=100nF（耐压 100V）C2=10nF 进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为 0时，三极管集电极电流为 0（这叫做三极管截止），相当于开关断开；当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当

6、于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。三级管要工作在放大区，发射结必须处于正向偏置，集电结则应处于反向偏置，对硅管而言应使UBE0，UBC0.7V；R3 与 R4 电阻配比要保证 Q2 的偏置电压0.7V。B、继电器高驱回路 备注：继电器高驱回路一般用于驱动外部大电流负载。3.1.2、低电平驱动回路 A、三极管低驱回路 建议值：1、R1=10K 2、R2=4.7K 3、R3 为限流电阻，一般用于小电流驱动回路中。4、Q1=BC817(驱动电流 500mA)说明：Q1选择一般取决于外部负载电流；R1 与 R2 电阻配比要保证 Q1的偏置电压0.7

7、V。B、MOS 管驱动回路 建议值：1、R1=4.7K 2、R2=47K 3、T1=VNN1NV04 4、C1=100nF(耐压 100V)备注：MOS管驱动一般用于大电流负载电路；相比较三极管驱动大电流，需要采用多级放大，MOS 管电压驱动更加简洁。设计时具体选用三极管或者 MOS 管驱动，需要考虑以下几点要素：1.设计成本 2.PCB 绘制空间 3.外部负载电流 4.保护回路设计（有些 MOS 管自带短路保护功能）3.2、BCM 输出控制回路介绍：BCM 驱动控制，一般为：马达控制、灯泡控制、继电器控制等 3.2.1、马达输出控制 A、可使用晶体管控制内部继电器，但在继电器的线圈两端需并接

8、一个二极管，以吸收继电器线圈的反电动势。B、可使用 IC 2003驱动内部继电器，因为 2003内部有内建二极管，因此不需要再另外接二极管，但须将 IC 2003的第 9PIN接至与继电器相同的正电源。3.2.2、室内灯输出控制 A、室内灯如果需要渐灭或渐亮的功能，则需要使用高速的 FET执行 PWM 控制。、B、D1、C1 可有效吸收因 PWM 作动时所产生的高频散射。C、建议值：TR1=2SK1417 D1=Diode 4003 C1=103P 3.2.3、中控门锁控制 3.2.3.1、中控门锁闭锁和开锁动作，因此需要控制马达的两端，平时将马达两端接地，一方要作动时再经由继电器将其驱动到B

9、+。3.2.3.2、电感性马达作动后会产生反电动势，一般会在两端加突波吸收器或无极性电容来吸收反电动势；若不加突波吸收元件，其反电动势会流入地端，进而会影响其他相同地的零件正常工作。3.2.3.3、如不加突波吸收器，可将马达的地独立，与其它地分离开来。（如下所示）3.2.4、继电器控制 控制外部继电器可利用晶体管或 IC 2003来做驱动，为吸收继电器的反电动势，需加上 Z1（27V/1W Zener）来吸收反电动势。3.2.5、转向灯驱动回路 3.2.5.1、不带诊断的转向灯驱动回路 参见继电器控制回路设计，若左/右转向灯需分开控制，则选用双继电器控制；若左/右转向灯同时控制，则可选择双刀双

10、掷继电器。3.2.5.2、带诊断的转向灯驱动回路 下图所示回路是基于 BTS5242-2L芯片基础上的转向灯驱动回路。电路介绍：1、IN1、IN2为转向灯输入控制端；2、IS1、IS2、诊断端口；3、SEN为 IN1/IN2输入限流调整端口；4、R3、R4 为采样电阻；5、R7、D1 组成反向保护电路。工作原理介绍：当 IN1输入高电平，左转向灯开启转向灯驱动，电流值 规定阈值范围，则判断为短路，IS1开始侦测左路故障；右转向灯诊断判定同左转向灯。3.2.6、位置灯驱动电路 3.2.6.1、不带诊断的高驱动回路 参见典型电路“高驱动回路”介绍。3.2.6.2、带诊断高驱动回路 以下电路主要基于

11、驱动芯片BTS5045：BTS5045工作原理介绍：1、IN0/IN1为控制端口；2、DEN 为诊断使能端口；（DEN 端口置“高”则芯片诊断开启；反之则禁止诊断。）3、DSEL为诊断通道选择端口；（DSEL置“低”则选择诊断 OUT0通道；置“高”则选择诊断 OUT1通道。）4、IS为诊断侦测端口；5、R6 为检测电阻，需要注意精度要求；在侦测外部输出时，侦测到的状态不同，例如：开路、短路到 GND、短路到 VBAT、过载、过电压等情况；直接反映为流经 IS 引脚的电流不同；通过检测电阻 R6 转换为电压，该电压再通过 MCU 的 A/D 侦测端口与 MCU 中储存的逻辑信息做比对，对比完成

12、后，通过 MCU中预先设置的逻辑判断，得到相应的诊断结果，从而起到诊断的目的。6、R7、D1 组成反向保护电路。BTS5045设计回路建议值如下：1、R1=4.7K 2、R2=4.7K 3、R3=4.7K 4、R4=4.7K 5、R5=4.7K 6、R6=1.2K(精度 1%)7、R7=1K（1206）8、Z1=36V双向 TVS管 9、D1=BAS21 10、C1=C2=10nF 11、C3=C4=100nF(耐压 100V)3.2.7、蜂鸣器控制回路 3.2.7.1、蜂鸣器低驱动回路 蜂鸣器高驱动回路当辒入端 BUZZ 辒入为 1 时，Q1 导通，蜂鸣器蜂鸣 区别？上图为：蜂鸣器低驱动回路

13、 选用器件原则：U1=TMB12A05 根据 TMB12A05参数：额定电流 30mA 确定：1、Q1=BC817(驱动电流 500mA,厂内通用器件)2、R1=10K 3、R2=4.7K 4、C1=10nF耐压 10V 3.2.7.2、蜂鸣器高驱动回路 上图为：蜂鸣器高驱动回路 选用器件原则：U1=TMB12A05 根据 TMB12A05参数：额定电流 30mA 确定：1、Q1=BC817(驱动电流 500mA,厂内通用器件)2、R1=10K 3、R2=4.7K 4、R3=10K 5、R4=4.7K 若单片机引脚驱动能力配合三极管驱动能力可以满足蜂鸣器驱动要求，可以考虑去掉 Q1,R1,R2

14、 单片机直接接到 A点。3.2.8、安全带指示灯控制回路 安全带指示灯_ 高/低驱动回路设计，参见典型电路设计规范。3.2.9、低驱保护回路设计 A Ic A 此图为带保护的低驱回路。关键器件介绍：1、Q1 为驱动管，关键参数 Ic、Vce。2、R3 为采样电阻，限定保护回路电流阈值。（注意选取采样电阻的额定功率）低驱保护工作原理：当驱动回路使能时，外部电流Ic保护回路电流阈值(Ithr),VR50.7v。三极管 Q3 导通，将三极管 Q1 基极电压拉至 0V，三极管 Q1 截至，Ic=0。从而起到保护驱动三极管 Q1 的作用。设计保护回路电流阈值(Ithr)0.4A 建议取值：1、R1=1K

15、(0603)2、R2=100K(0603)3、R3=4.7(2010)4、Q1/Q2/Q3=BC718 5、R4=15K(0603)6、R5=5.1K(0603)7、C1=10nF(耐压 50V)8、C2=100nF（耐压 100V）9、Z1=27V/1W 四、通讯回路设计 4.1、LIN回路设计 该回路是基于 TPIC1021芯片的主节点 LIN回路设计 根据该芯片 DATASHEET选用：1、R1=10K 2、R2=10K 3、R3=1K(1206)4、C1=100nF耐压 50V 5、D13=LL4148(厂内通用器件)D13与 R3 组成反向保护回路（仅在产品作为主节点时用）根据 LI

16、N总线规范选用：6、C2 取值取决于车厂设计规范 PCB 设计是应注意 LIN、RXD、TXD 布线尽量短。以便有效去耦，并降低因控制器所产生的窄波干扰。备注：TPIC1021芯片工作模式介绍：1、正常工作模式；2、休眠模式；休眠模式唤醒条件：1、LIN总线唤醒；2、EN 引脚为高电平（EN 引脚检测到下降沿时进入休眠模式）；3、Wake引脚检测到高电平。4.2、CAN 回路设计 该回路是基于 SN65HVP1040芯片的 CAN 回路设计。根据 CAN 总线规范选用：终端：1、R4=60(1206)2、R5=60(1206)3、Z1=SMBJ28CA 4、Z2=SMBJ28CA 5、C1=1

17、00nF 6、C2=33pF 7、C3=33pF 8、R2=0(1206)9、LS1为共模电感增强回路抗干扰能力，也可取消。以上回路设计两种方案供参考。PCB 设计可预留。10、R1=0(1206)11、R3=0(1206)12、C4 取值取决于车厂设计规范 13、STB引脚为模式选择引脚，当该引脚置“高”，CAN芯片进入“等待模式”；当该引脚置“低”时，CAN 芯片进入高速工作模式。五、MCU 回路设计 A、U1 为电压侦测芯片，档电源电压下降至 MCU 最低工作电压之前时，U1 会输出低电位，事先将 MCU 复位，避免电压在 MCU 临界工作电压附近变动时，造成 MCU 内部记忆体错乱而误

18、动作或死机。B、在振荡器两端并接 R1（1M ）可增加振荡信号的稳定度。C、C1、Z1 是防止 Surge干扰到 MCU 的正常工作。D、建议值：R1=1M Z1=5.6V Zener C1=2.2uF/16V U1 为 S80845，回路如下所示 C10.1uFC20.01uFR510kR6330000VCCU1MCLR/RESET 六、高频接收板基本原理 一般高频接收板可分为：1、超再生高频接收板；超再生检波电路实际上是一个受间歇振荡控制的高频振荡器，这个高频振荡器采用电容三点式振荡器，振荡频率和发射器的发射频率相一致。而间歇振荡又是在高频振荡的振荡过程中产生的，反过来又控制着高频振荡器的

19、振荡与间歇。而间歇振荡的频率是由电路的参数决定的（一般为百到几百千赫）。这个频率选低了，电路的抗干扰性能较好，但接收灵敏度较低，反之，频率选高，接收灵敏度较好，但抗干扰性能变差。超再生检波电路有很高的增益，在未收到控制信号时，由于受外界杂散信号的干扰和电路自身的热骚动，产生一种特有的噪声，叫超噪声，这个噪声的频率范围为 0.35kHz之间，听起来像流水似的“沙沙”声。在无信号时，超噪声电平很高，经滤波放大后输出噪声电压；当有控制信号到来时，电路谐振，超噪声被抑制，高频振荡器开始产生振荡，输出信号。2、超外差（内差）高频接收板；超外差式接收电路的工作原理和一般的超外差式收音机的原理相同。它将接收

20、到的信号加以放大，并和本机产生的等幅振荡信号相减，产生一个固定频率的中频信号，这个中频信号的幅度中包含有低频调制的控制信号，将这个中频信号加以两级或三级放大，然后进行检波，将中频信号中所包含的低频指令信息取出，就得到正确的遥控信号。由于中频放大器设有自动增益控制回路，因此，它的增益可以设计得很高而工作十分稳压，这就使得超外差接收机不论对强信号还是弱信号，都能做到基本相同的放大倍数，也正是因为采用了中频放大器，它的信号放大倍数可以达到很大，也就使电路的接收灵敏度大大提高，一般可达到 0.1mV左右，与超再生检波电路相比，超外差式接收模块。3、超外差（内差）模块与超再生模块的应用比较 3.1、两者

21、的成本不一。超外差（内差）类接收模块价格相对来说较高。现在市场上出售的超外差（内差）器件，普遍采用的是 3310或 3400作为主要器件，同时还必须采用晶体作为本振的时钟，因此生产的成本较高，而超再生模块，普遍采用的是一片双运放芯片 358作为数据的放大与整形，因此成本较低；3.2、两者接收灵敏度不一。从两者的工作原理中，我们可以看出，超外差（内差）模块接收的是两个频率的差值信号，因此在放大环节中可以将通频带做得较窄，这样其灵敏度就可以做得较高，而超再生则不然，他靠的是热噪声信号作为是否接收到数据的判断依据，因此无法做到足够窄的通频带，因此就容易受到外界无线电信号的干扰。4、传送信息方式 高频

22、遥控器通过 KEELOQ编码加密方式发送载波信号，高频接收板接收高频遥控器发出的载波信号，传送给 MCU，MCU 通过解码程序将所接收到的信息解码，解码完成后，执行相应操作指令。5、接收频率 高频接收板在汽车领域设计接收频率一般为 315.15MHZ和 433.92MHZ 七、发射器基本工作原理 7.1、基于 HCS300编码器的遥控器设计如下图：7.1.2、电路设计说明：1、HCS300一般可以设计 4个操作按键，但在配合一些二极管的情况下，可以再增加一路操作按键。2、建议值：Batter=3V(CR2013/CR2032);IC1=HCS300;SAW=315MHZ/433MHZ声表 D1

23、=FC-2012BXK-465D；(发光二极管)R1=47欧姆；R2=47K；C1=2P;C2=10P;C3=0.1uF;T1=2SC3356;八、运放在 BCM 中的应用 8.1、用于车窗电机侦测的差分运放回路，下图所示是左后电动窗的输出检测回路。U1 U2 8.1.1、电路原理说明 1、当左后电动窗动作时（上升/下降），若电动窗动作出现异常，例如：电机堵转等。流过分流器 R1 电流变大，分流器 R1 两端电压出现变化时，通过运放 U1(LM2902)组成的差分运放回路将 R1 两端的电压变化放大，输出到 MCU A/D 端口。该电压再与 MCU内部软件设定的标定值做比较，从而来判断外部车窗

24、电机工作是否正常。若不正常，则做出相应的措施。8.1.2、放大倍数原则：1、MCU A/D端口能识别；2、A/D检测范围都能包括到。3、参考值：(10*(U1-U2)R1=15毫欧 R2=1K_1%R3=1K_1%R4=10K_1%R5=10K_1%R6=10K C1=10nF C2=10nF 4、差分运发推导：i13=i12=0;U12=(U1/(R4+R2)*R4;U13=U12;(U2-U13)/R3=(U13-UO)/R5;-U2-U13=U13*R3/R5-UO*R3/R5;UO=U13+U13*R5/R3-U2*R5/R3;-UO=R4*U1/（R4+R2）*(R3+R5)/R3)-U2*R5/R3;即：UO=R4*(R3+R5)U1/(R3*(R2+R4)-U2*R5/R3。