常 君，葉 丹，王 彬

（大連東軟智行科技有限公司，遼寧 大連 116085）

車載通信終端（Telematics BOX，簡稱T-BOX）是車聯(lián)網(wǎng)中的核心零部件，也是車載通信系統(tǒng)與外界通信的中心節(jié)點，主要完成車內(nèi)網(wǎng)與車外網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)通信、車身數(shù)據(jù)采集、遠程控制、安全監(jiān)測、緊急通話等重要功能，可廣泛應(yīng)用于乘用車、新能源汽車及商用車等車型，應(yīng)用也越來越廣泛。T-BOX在車輛上供電取自蓄電池，過大的靜態(tài)電流（待機模式+睡眠模式下消耗的電流）可能會快速地消耗掉整車蓄電池的能量，減少車輛的靜態(tài)停放時間，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致蓄電池出現(xiàn)饋電現(xiàn)象，影響整車正常啟動，長此以往會影響蓄電池的壽命，因此需要對T-BOX的靜態(tài)電流消耗嚴(yán)格管控。本文主要從研發(fā)設(shè)計角度詳細(xì)分析T-BOX靜態(tài)電流的設(shè)計和實現(xiàn)過程。

1 T-BOX系統(tǒng)架構(gòu)

T-BOX屬于前裝產(chǎn)品，與整車同步設(shè)計。T-BOX系統(tǒng)內(nèi)部主要包括：4G通信模塊、MCU處理器、CAN總線、音頻處理電路、電源管理、接口電路、數(shù)據(jù)存儲芯片等電路，詳見系統(tǒng)框圖1。T-BOX系統(tǒng)工作時需要外圍組件與其連接，包含有天線（衛(wèi)星+移動天線）、線束（主電源+USB）和附屬配件（KEY+MIC+SPK+LED）等。

圖1 T-BOX系統(tǒng)框圖

當(dāng)主機通電工作時，MCU作為核心處理器，處理實時性較強的任務(wù)，主要負(fù)責(zé)與4G模組之間的數(shù)據(jù)通信、CAN報文收發(fā)處理、系統(tǒng)電源管理、車輛數(shù)據(jù)監(jiān)控等多種在線應(yīng)用功能。4G通信模塊主要完成與移動基站之間的上下行數(shù)據(jù)傳輸功能、GNSS定位信息采集、eCALL功能、OTA程序升級等功能。

2 系統(tǒng)功能模式

T-BOX系統(tǒng)通常有工作、待機、睡眠3種運行模式，不同模式下，啟用功能不同，耗電流不同。如表1所示，靜態(tài)電流通常指的是待機模式和睡眠模式下消耗的電流。

表1 功能模式

1）工作模式：車輛點火啟動后，T-BOX設(shè)備所有功能模塊都要求正常運行工作，可以執(zhí)行車輛數(shù)據(jù)采集、車輛定位、報警、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)热蝿?wù)，此階段耗電量最大；執(zhí)行完任務(wù)可以進入到睡眠模式，也可以在收到休眠命令后，進入待機模式。

2）待機模式：當(dāng)車輛熄火或收到總線休眠指令后，要求設(shè)備進入待機模式，此時通信模塊（4G模組）、MCU、CAN等主要部分都要進行模式切換，進入待機狀態(tài)，此時系統(tǒng)可支持KL15 ON、RTC、CAN網(wǎng)絡(luò)、車輛振動（Gsensor）、電話、SMS、eCALL等喚醒條件切換到工作模式，同時也能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、報警、eCALL等任務(wù)，此階段耗電量較低。

3）睡眠模式：當(dāng)設(shè)備執(zhí)行完任務(wù)或收到相關(guān)進入睡眠條件命令后，設(shè)備進入睡眠模式，在此模式下通信模塊將關(guān)閉，MCU、CAN處于休眠狀態(tài)，系統(tǒng)可支持KL15 ON、CAN網(wǎng)絡(luò)、eCALL喚醒、RTC喚醒等喚醒條件切換到工作模式，此狀態(tài)下耗電量降至最低。不同的模式之間轉(zhuǎn)換詳見圖2。

圖2 模式轉(zhuǎn)換

3 靜態(tài)電流目標(biāo)實現(xiàn)

為了降低整機靜態(tài)電流功耗，實現(xiàn)各個運行模式的目標(biāo)，主要通過以下途徑。

1）合理電路設(shè)計：在電路支路設(shè)計上，合理選擇上下拉電阻，減少各個支路電流消耗。例如，使能引腳下拉電阻由4.7kΩ改為47kΩ，當(dāng)MCU輸出高電平3.3V時，電流可以節(jié)省約630μA。在合理需要上拉電阻的地方，由2.2kΩ改為10kΩ，可以節(jié)省約1.07mA。

2）合理配置模塊/IC工作模式：根據(jù)整機運行功能需求，在正常工作模式下，各個模塊/IC通過程序配置成以全功率運行，消耗電流最大，當(dāng)由工作模式切換到待機/睡眠模式時，工作電流降低。例如MCU，選用型號RH850 F1K系列，在整機正常工作模式下，通過軟件配置成RUN工作模式，實測電流典型為43mA，在待機和睡眠模式下，配置成DeepSTOP模式，工作電流典型為50μA。

3）關(guān)閉非工作單元電源使能：各單元塊的電源使能由MCU控制，根據(jù)不同工作模式需求，將非工作單元電源使能關(guān)閉。例如，在整機正常工作（eCALL功能啟動）模式下，MIC+AMP工作，此時對MIC支路和AMP支路供電處于使能狀態(tài)，當(dāng)在待機模式下，將MIC+AMP支路電源關(guān)閉，可以節(jié)省大量的電流消耗。

4）正確配置MCU的輸出I/O口：對于MCU某些輸出引腳，軟件程序在正常模式下配置成輸出H（高）有效模式，在待機和睡眠模式下配置成L（低）輸出，能夠減少MCU的I/O口電流消耗。當(dāng)某些I/O口，外部需要具有上拉電阻，則將MCU的輸出配置改為漏極開路輸出，避免設(shè)置成輸出低電平產(chǎn)生消耗電流。

通過以上幾種組合設(shè)計，能夠有效減少靜態(tài)電流消耗，同時針對靜態(tài)電流的驗證和問題查找，需要認(rèn)真仔細(xì)，尤其在后期PCB板級調(diào)試時，需要對各個IC的每個引腳進行認(rèn)真仔細(xì)的測試。實際測試結(jié)果如表2所示。

表2 實際測試結(jié)果

4 結(jié)束語

靜態(tài)電流設(shè)計是T-BOX設(shè)計的重點，為了滿足目標(biāo)需求，在產(chǎn)品選型設(shè)計階段就應(yīng)該有所規(guī)劃，靜態(tài)電流越大，對蓄電池的容量消耗越大，車輛存放時間就越短。因此合理的架構(gòu)設(shè)計、有效的模式分配、低靜態(tài)功耗IC的選用、軟件的正確配置是有效的解決辦法。