【摘" 要】本文主要針對汽車芯片緊缺的問題提出一種利用分立元件代替集成式系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片的設(shè)計方案，利用集成化低的微控制器等模塊替代L99DZ型芯片在門模塊控制器中的作用，以實現(xiàn)對車窗、隱藏式把手等部件的控制，通過實際測試替代方案來驗證該設(shè)計的有效性。

【關(guān)鍵詞】門控制模塊；SBC；分立元件；芯片替代

中圖分類號：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2022 ）12-0065-03

A Design Scheme Using Discrete Components to Replace SBC

CHEN Wen-qing，LIN Kai-xuan，YU Zhi-biao，LAI Rui-fu，HOU Li-heng

（Automotive Engineering Research Institute，Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd.，Guangzhou 511434，China）

【Abstract】Aiming at the problem of automotive chip shortage，this paper puts forward a design scheme that uses discrete components to replace the basic chip of integrated system. The function of the L99DZ chip in the door module controller is replaced by micro-controller modules with low integration，so as to realize the control of the window，hidden handle and other components. The effectiveness of the design is verified by testing the alternative scheme in practice.

【Key words】door control module；SBC；discrete component；chip replacement

隨著汽車電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化的快速發(fā)展，車載芯片的作用不斷提升[1]，作為整車的控制大腦，芯片的作用不可替代。當(dāng)下國際形勢嚴(yán)峻，芯片告急，乘用車芯片短缺問題對汽車產(chǎn)業(yè)沖擊持續(xù)蔓延，導(dǎo)致汽車生產(chǎn)受到很大影響[2]。因此，本文針對某車型門控制模塊（Door Control Module，簡稱DCM）缺芯問題提出一種芯片替代方案，將具有CAN收發(fā)、車窗控制、外后視鏡控制等功能的集成式系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（System Basic Chip，簡稱SBC）通過多個分立元件來代替，并通過測試驗證該替代方案的有效性。

1" 芯片替代方案概述

L99DZxxx是意法半導(dǎo)體設(shè)計開發(fā)的車門區(qū)一體化驅(qū)動器芯片，內(nèi)部集成了電源管理功能以及LIN和CAN的收發(fā)器，芯片內(nèi)部還有低壓差線性穩(wěn)定器（Low Dropout Regulstor，簡稱LDO），可以為微控制器和外圍負(fù)載供電，同時還有多個高邊驅(qū)動器（High Side Drive，簡稱HSD），能驅(qū)動外圍LED工作，其內(nèi)部集成的H橋還能驅(qū)動控制多個直流電機(jī)。

1.1" SBC方案

L99DZxxx具有多條輸出專門為電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用優(yōu)化，如后視鏡位置調(diào)節(jié)、收疊和門鎖致動，還有多條輸出用于照明應(yīng)用。芯片內(nèi)置的每個驅(qū)動器都使用脈寬調(diào)制技術(shù)進(jìn)行精確的電流控制，其他功能包括電機(jī)或LED等的負(fù)載軟啟動，以防止啟動電流過高在汽車線路內(nèi)產(chǎn)生具有破壞性的電涌。在某車型的DCM中，L99DZxxx主要負(fù)責(zé)車窗控制、外后視鏡控制、門燈控制等功能。在其原有的SBC方案中，該芯片的作用與功能系統(tǒng)框圖見圖1。

1.2" 分立元件替代方案

將L99DZxxx芯片對應(yīng)功能通過分立元件實現(xiàn)，利用集成化低的MCU加外置LDO、CAN和LIN收發(fā)器、繼電器（Relay）等元件，實現(xiàn)對車窗、隱藏式把手、外后視鏡和門燈等部件的控制，具體的系統(tǒng)框圖見圖2。

2" 替代方案技術(shù)分析

2.1" 車窗及隱藏式門把手驅(qū)動

在原有的SBC方案中，DCM是通過L99DZxxx控制H橋驅(qū)動車窗紋波電機(jī)來實現(xiàn)四門玻璃的升降及位置識別，隱藏式門把手的驅(qū)動電機(jī)則通過全橋驅(qū)動控制。在新的替代方案中，車窗的升降及隱藏式門把手的展開回縮都是通過控制外掛繼電器的通斷來實現(xiàn)的，同時配有采樣電路反饋車窗或把手的位置信息。車窗和把手控制具體的電氣原理圖見圖3。

2.2" 外后視鏡管理

在原有的SBC方案中，DCM是通過L99DZxxx中內(nèi)置的H橋控制外后視鏡的折疊展開和上下左右調(diào)節(jié)，在新的替代方案中，MCU通過控制外置的HSD和LSD來實現(xiàn)原有的外后視鏡控制功能，同時，通過采集外后視鏡內(nèi)電路中特定電阻的阻值變化來實現(xiàn)對外后視鏡鏡片位置的識別記憶。外后視鏡控制的具體電氣原理圖見圖4。

2.3" 指示燈輸出

在原有的SBC方案中，DCM是通過L99DZxxx中內(nèi)置的驅(qū)動電路實現(xiàn)對指示燈的控制，在新的替代方案中，若燈的過流大于100mA，則通過外置的HSD進(jìn)行驅(qū)動，若燈的過流小于100mA，則通過外置晶體管進(jìn)行驅(qū)動。指示燈輸出的具體電氣原理圖見圖5。

3" 測試驗證對比

3.1" 靜態(tài)電流估算

靜態(tài)電流指的是器件在不受外部影響下本身所消耗的電流。如今整車電子器件增多，疊加的靜態(tài)電流也越來越大，越大的靜態(tài)電流消耗蓄電池能量越快，過大的靜態(tài)電流可能會導(dǎo)致整車蓄電池虧電[3]。本替代方案在完成對功能方面的替代設(shè)計后，仍需確保滿足整車靜態(tài)電流要求，保證整車的蓄電池配置和靜置時間不受嚴(yán)重影響，因此對本方案的電子器件進(jìn)行靜態(tài)電流估算非常具有必要性。

分別對替代分立元件的單件靜態(tài)電流值與數(shù)量信息進(jìn)行統(tǒng)籌，可知本替代方案使用1個LDO、MCU，2個電能管理單元，6個高邊驅(qū)動和喚醒源，將其靜態(tài)電流值進(jìn)行疊加計算可估算出本替代方案下靜態(tài)電流值為0.5mA，具體數(shù)值分析見表1。與原方案相比，替代方案的靜態(tài)電流有所增加，但是增大幅度不大，仍能在保證處于靜電流風(fēng)險管控范圍內(nèi)，滿足整車靜態(tài)電流要求。

3.2" 功能驗證對比

功能測試是最重要、最直觀的測試方式。替代方案設(shè)計的初衷是在保證整體功能不變的前提下，替換原有的物料緊缺元件以確?？刂破鞴┴洺渥?。新方案經(jīng)過實車和臺架的充分測試驗證后，原有的車窗、把手控制、位置識別、外后視鏡調(diào)節(jié)及門燈控制功能均正常。

但由于原有芯片的替換，新的方案同原有SBC方案仍存在一定差別。在功能上，原有的車窗和隱藏式把手電機(jī)是通過MOS控制的，支持PWM調(diào)速，新的替代方案采用繼電器通斷控制，無法支持調(diào)速功能。在診斷上，繼電器只支持檢測黏連故障，不支持開路和短路檢測，且部分LED燈由于工作電流過低，采用分立元件控制無法支持開路診斷。在模塊外形尺寸方面，由于增加了繼電器，整個模塊外殼部分區(qū)域加高變大，質(zhì)量增加（約20g）。以上差異點，對于DCM的布置和總體功能影響不大，綜合評估，采用分立元件替代原有SBC方案可行，滿足需求的同時也能確保供應(yīng)。

4" 總結(jié)

本文提出了一種利用多個分立元件替代集成式芯片的方案，實現(xiàn)了芯片的完全國產(chǎn)化。通過試驗驗證，利用多個分立元件的方案靜態(tài)電流值為0.5mA，能滿足整車靜態(tài)電流的基本要求；通過功能測試，整體功能均能實現(xiàn)，和原有方案差別不大，均能滿足相關(guān)功能。通過本方案，解決了汽車缺芯問題，保證了正常生產(chǎn)供應(yīng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 董靜媚. 當(dāng)前工業(yè)經(jīng)濟(jì)運行中的供需矛盾[J]. 財經(jīng)界，2021（25）：22-23.

[2] 楊忠陽. 芯片短缺倒逼汽車產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈自主可控[J]. 中國經(jīng)濟(jì)評論，2021（2）：74-75.

[3] 李亞南. 新型整車靜態(tài)電流測試方法及應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代車用動力，2020（2）：52-56.

（編輯" 凌" 波）