專利名稱：一種采用iCoupler磁隔離保護措施的FlexRay網絡節點的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及網絡通訊技術領域，特別涉及一種采用iCoupler磁隔離保護措施的FlexRay網絡節點。
背景技術：
2000年，BMW公司和Daimler Chrysler公司在對FlexRay進行了初步研究的基礎上，聯合Philips公司、Motorola公司、BOASH公司、GM公司和VW公司創建了 FlexRay聯盟，并制定了滿足未來車內控制應用通信需求的FlexRay通信協議。FlexRay是一種雙通道的高速(每通道10Mbps)、具有容錯能力、基于時間觸發和事件觸發相結合的下一代車載總線標準，具有廣泛的應用領域，如替代CAN總線、用做“數據主干網”、用于分布式控制系統、用于高安全性要求的系統(線控系統)。國外對FlexRay通信協議做了大量的研究和開發工作。2002年，FlexRay總線開始用于線控(x-by-wire)系統可行性鑒定。2007年，寶馬5系新款SUV的電子控制減震器系統首次采用了 FlexRay，即成為首款裝備FlexRay通信系統的車型。同時，FlexRay通信協議逐步發展成熟，一些半導體廠商和研究機構制作了基于FlexRay通信的線控系統模型，飛思卡爾和恩智浦達成技術上協議，共同開發FlexRay通信芯片，在已有產品的基礎上通過技術共享使得FlexRay技術最終成熟的時間大幅度提前。此外，英飛凌、瑞薩、富士通等半導體巨頭，也相應有了 FlexRay通信控制器的解決方案出臺。FlexRay在 國內推進的趨勢也在形成。同內一些高校及科研機構也開始對其協議規范進行研究，在解讀規范的基礎上陸續發表了一些論文，也開始搭建FlexRay實際的通信系統。然而，在汽車應用或工業現場的數據采集中，由于存在高頻環境且現場情況十分復雜，各個節點之間可能存在很高的共模電壓。容易造成FlexRay接口無法正常工作，嚴重時甚至會燒毀芯片和儀器設備。因此，在強干擾環境或高性能要求下，必須對FlexRay總線各個通信節點實行隔離。目前的FlexRay網絡中網絡節點大多沒有采用隔離保護措施，極少數采用了簡單的電氣隔離。傳統的隔離電路通常選用光耦器件來進行隔離，光耦電路復雜，需要使用大量的電阻、三極管來保證隔離電路的正常工作，需要大面積PCB的同時，過多的電子元器件也會使電路不穩定，容易出問題。光耦電路是電流型器件，輸入電流不同，發光二極管的光強就不同，這直接影響輸出信號的質量，除此之外光耦器件存在速率低、功耗大、尺寸大等缺點，給應用帶來了局限性。隔離電路隔離信號的同時需要將電源同時進行隔離，光耦電路中只能用兩套獨立電源給隔離信號的兩側分別供電。將電源隔離與數據信號隔離集成在一起仍是一個挑戰，這是因為難以將電源從非隔離系統側傳送到隔離現場側。在過去，采用昂貴的模擬或者復雜的分立解決方案，通過隔離屏障傳送電源需要占用很大的電路板空間。
實用新型內容為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種功耗低、抗干擾能力強的采用iCoupler磁隔離保護措施的FlexRay網絡節點。本實用新型解決上述問題的技術方案是:一種采用iCoupler磁隔離保護措施的FlexRay網絡節點，其包括FlexRay通信控制電路、FlexRay消息收發電路、iCoupler磁隔離電路、FlexRay總線濾波保護電路以及電源電路，所述電源電路的輸入端連接外部供電電源，輸出端分別連接FlexRay通信控制電路、iCoupler磁隔離電路，FlexRay通信控制電路、iCoupler磁隔離電路、FlexRay消息收發電路、FlexRay總線濾波保護電路依次串接，FlexRay總線濾波保護電路與iCoupler磁隔離電路、FlexRay總線相連。進一步，上述iCoupler磁隔離電路包括第一磁隔離器件和第二磁隔離器件，所述第一磁隔離器件、第二磁隔離器件的一端接FlexRay通信控制電路，另一端接FlexRay消息收發電路。進一步，上述FlexRay總線濾波保護電路包括共模濾波器、第一電阻、第二電阻、第一電容、第二電容、第三電容，第一瞬變二極管、第二瞬變二極管，所述共模濾波器的輸入端連接FlexRay消息收發電路,輸出端連接FlexRay總線,第一瞬變二極管負端和第一電阻的一端與FlexRay總線相連,第一瞬變二極管正端和第一電阻的另一端通過第三電容連接到iCoupler磁隔離電路電源負端；第二瞬變二極管負端和第二電阻的一端與FlexRay總線相連，第二瞬變二極管正端和第二電阻的另一端通過第三電容連接到iCoupler磁隔離電路電源負端；第一電容一端和FlexRay總線相連,另一端連接iCoupler磁隔離電路；第二電容一端和FlexRay總線相連,另一端連接iCoupler磁隔離電路電源負端。進一步，上述FlexRay通信控制電路的主控制器芯片為MC9S12XF512。進一步， 上述FlexRay消息收發電路的主芯片為TJA1080A。進一步，上述iCoupler磁隔離電路的第一磁隔離器件、第二磁隔離器件為ADuM5402。進一步，上述FlexRay總線濾波保護電路的共模濾波器為DLW31SN222SQ2。進一步，上述FlexRay總線濾波保護電路的第一瞬變二極管、第二瞬變二極管為TVS2P6KE68CA。進一步，上述FlexRay總線濾波保護電路的第一電容、第二電容的容值為10pF，第三電容的容值為47pF。進一步，上述FlexRay總線濾波保護電路的第一電阻、第二電阻的阻值均為47歐姆，精度為1%。本實用新型的的有益效果在于:1、本實用新型采用了 iCoupler磁隔離技術，增加了總線濾波保護電路，實現了FlexRay網絡節點內部電路和外部總線的隔離，當外部有高壓或大電流信號時，不會對內部電路造成沖擊，總線濾波保護電路可以濾除總線上的干擾，吸收瞬時高壓信號；2、本實用新型中采用iCoupler磁隔離技術，消除了光耦相關的不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時間漂移和隨溫度漂移問題，功耗降低了 90%，并且無需外部驅動器或分立器件，減小了 PCB面積，使電路的工作更加穩定，其內部集成的施密特整形器將一些干擾信號濾除，同時保證輸出波形的上升下降沿標準，有助于提高噪聲抗擾能力。
圖1為本實用新型的結構框圖。圖2為本實用新型的FlexRay總線濾波保護電路的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。如圖1所示，包括電源電路、FlexRay通信控制電路、iCoupler磁隔離電路、FlexRay消息收發電路、FlexRay總線濾波保護電路,外部供電電源和FlexRay總線。電源電路從外部供電電源獲得供電信號，經電源電路穩壓、濾波后，輸出一路穩定的電壓Vl給FlexRay通信控制電路和iCoupler磁隔離電路原邊供電，磁隔離電路的原邊指磁隔離電路中與FlexRay通信控制電路相連接的部分。電源電路提供的電源經iCoupler磁隔離電路內部集成的DC/DC變換后，在iCoupler磁隔離電路的副邊得到一個獨立的電源V2,給Fl exRay消息收發電路、Fl exRay總線濾波保護電路供電。i Coup I er磁隔離電路的副邊指iCoupler磁隔離電路中與FlexRay消息收發電路相連接的部分。FlexRay通信控制電路從電源電路獲得供電信號VI，FlexRay通信控制電路的發送信號TXD1、發送數據使能信號TXEN1、低功耗模式信號STBN1、輸入使能信號EN1、接收信號RXD1、錯誤輸入信號ERRN1、接收數據使能信號RXEN1、本地喚醒信號WAKEl通過iCoupler磁隔離電路分別與FlexRay消息收發電路的發送信號TXD2、發送數據使能信號TXEN2、低功耗模式信號STBN2、輸入使能信號EN2、接收信號RXD2、錯誤輸入信號ERRN2、接收數據使能信號RXEN2、本地喚醒信號WAKE2相連，FlexRay消息收發電路的總線信號正BPl、總線信號負BM2通過FlexRay總線濾波保護電路與FlexRay總線相連。iCoupler磁隔 離電路連接FlexRay通信控制電路與FlexRay消息收發電路之間的八路信號為:發送信號TXD、發送數據使能信號TXEN、低功耗模式信號STBN、輸入使能信號EN、接收信號RXD、錯誤輸入信號ERRN、接收數據使能信號RXEN、本地喚醒信號WAKE。其中FlexRay通信控制電路的發送信號TXD1、發送數據使能信號TXEN1、低功耗模式信號STBN1、輸入使能信號ENl分別經iCoupler磁隔離電路輸入到FlexRay消息收發電路的發送信號TXD2、發送數據使能信號TXEN2、低功耗模式信號STBN2、輸入使能信號EN2 ；FlexRay消息收發電路的接收信號RXD2、錯誤輸入信號ERRN2、接收數據使能信號RXEN2、本地喚醒信號WAKE2分別經iCoupler磁隔離電路輸入到FlexRay通信控制電路的接收信號RXDl、錯誤輸入信號ERRNl、接收數據使能信號RXENl、本地喚醒信號WAKEl。iCoupler磁隔離電路中包括第一磁隔離器件、第二磁隔離器件。磁隔離器件包括兩路輸入信號、兩路輸出信號。第一磁隔離器件的對外接接口包括原邊電源輸入端V1、原邊信號輸入端(發送信號TXD1、發送數據使能信號TXEN1)、原邊信號輸出端(接收信號RXD1、接收數據使能信號RXENl)、副邊信號輸入端(接收信號RXD2、接收數據使能信號RXEN2)、副邊信號輸出端(發送信號TXD2、發送數據使能信號TXEN2)、副邊電源輸出端V2。其中原邊電源輸入端Vl從電源電路獲得穩定電源Vl，原邊信號輸入端和原邊信號輸出端與FlexRay通信控制電路相連接，副邊信號輸入端和副邊信號輸出端與FlexRay消息收發電路相連接，副邊電源輸出端V2輸出電源V2給FlexRay消息收發電路、FlexRay總線濾波保護電路供電。FlexRay消息收發電路從iCoupler磁隔離電路獲得供電電源V2,與iCoupler磁隔離電路有八路信號連接，包括四路輸入信號、四路輸出信號，分別為發送信號TXD、發送數據使能信號TXEN、低功耗模式信號STBN、輸入使能信號EN、接收信號RXD、錯誤輸入信號ERRN、接收數據使能信號RXEN、本地喚醒信號WAKE。FlexRay消息收發電路的總線信號正BPl和總線信號負BMl通過FlexRay總線濾波保護電路與FlexRay總線的總線信號正BP2和總線信號負BM2相連。FlexRay總線濾波保護電路將FlexRay消息收發電路的總線信號正BPl和總線信號負BMl與FlexRay總線上的總線信號正BP2和總線信號負BM2相連。如圖2所示，FlexRay總線濾波保護電路包括共模濾波器L1、第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3，第一瞬變二極管TVS1、第二瞬變二極管TVS2。FlexRay總線濾波保護電路中共模濾波器LI的輸入端連接FlexRay消息收發電路的差分信號信號總線信號正BPl和總線信號負BM1，輸出端連接FlexRay總線上的總線信號正BP2和總線信號負BM2 ;第一瞬變二極管TVSl負端和第一電阻Rl的一端與FlexRay總線上的總線信號正BP2相連，第一瞬變二極管TVSl正端和第一電阻Rl的另一端通過第三電容C3連接到電源V2的負端；第二瞬變二極管TVS2負端和第二電阻R2的一端與FlexRay總線上的總線信號負BM2相連，第二瞬變二極管TVS2正端和第二電阻R2的另一端通過第三電容C3連接到電源V2的負端；第一電容Cl 一端和Flex Ray總線上的總線信號正BP2相連，另一端連接V2負端；第二電容C2 一端和FlexRay總線上的總線信號負BM2相連，另一端連接V2負端。
權利要求1.一種采用iCoupler磁隔離保護措施的FlexRay網絡節點，其特征在于:包括FlexRay通信控制電路、FlexRay消息收發電路、iCoupler磁隔離電路、FlexRay總線濾波保護電路以及電源電路，所述電源電路的輸入端連接外部供電電源，輸出端分別連接FlexRay通信控制電路、iCoupler磁隔離電路，FlexRay通信控制電路、iCoupler磁隔離電路、FlexRay消息收發電路、FlexRay總線濾波保護電路依次串接，FlexRay總線濾波保護電路與iCoupler磁隔離電路、FlexRay總線相連。
2.如權利要求1所述的一種采用iCoupler磁隔離保護措施的FlexRay網絡節點，其特征在于:所述iCoupler磁隔離電路包括第一磁隔離器件和第二磁隔離器件，所述第一磁隔離器件、第二磁隔離器件的一端接FlexRay通信控制電路，另一端接FlexRay消息收發電路。
3.如權利要求1所述的一種采用iCoupler磁隔離保護措施的FlexRay網絡節點,其特征在于:所述FlexRay總線濾波保護電路包括共模濾波器、第一電阻、第二電阻、第一電容、第二電容、第三電容，第一瞬變二極管、第二瞬變二極管，所述共模濾波器的輸入端連接FlexRay消息收發電路,輸出端連接FlexRay總線,第一瞬變二極管負端和第一電阻的一端與FlexRay總線相連，第一瞬變二極管正端和第一電阻的另一端通過第三電容連接到iCoupler磁隔離電路電源負端；第二瞬變二極管負端和第二電阻的一端與FlexRay總線相連，第二瞬變二極管正端和第二電阻的另一端通過第三電容連接到iCoupler磁隔離電路電源負端；第一電容一端和FlexRay總線相連,另一端連接iCoupler磁隔離電路電源負端；第二電容一端和FlexRay總線相連,另一端連接iCoupler磁隔離電路電源負端。
4.如權利要求1所述的一種采用iCoupler磁隔離保護措施的FlexRay網絡節點,其特征在于:所述FlexRay通信控制電路的主控制器芯片為MC9S12XF512。
5.如權利要求1所述 的一種采用iCoupler磁隔離保護措施的FlexRay網絡節點,其特征在于:所述FlexRay消息收發電路的主芯片為TJA1080A。
6.如權利要求2所述的一種采用iCoupler磁隔離保護措施的FlexRay網絡節點,其特征在于:所述第一磁隔離器件、第二磁隔離器件為ADUM5402。
7.如權利要求3所述的一種采用iCoupler磁隔離保護措施的FlexRay網絡節點,其特征在于:所述共模濾波器為DLW31SN222SQ2。
8.如權利要求3所述的一種采用iCoupler磁隔離保護措施的FlexRay網絡節點,其特征在于:所述第一瞬變二極管、第二瞬變二極管為TVS2P6KE68CA。
9.如權利要求3所述的一種采用iCoupler磁隔離保護措施的FlexRay網絡節點,其特征在于:所述第一電容、第二電容的容值為10pF，第三電容的容值為47pF。
10.如權利要求3所述的一種采用iCoupler磁隔離保護措施的FlexRay網絡節點,其特征在于:所述第一電阻、第二電阻的阻值均為47歐姆，精度為1%。
專利摘要本實用新型公開了一種采用iCoupler磁隔離保護措施的FlexRay網絡節點，其包括FlexRay通信控制電路、FlexRay消息收發電路、iCoupler磁隔離電路、FlexRay總線濾波保護電路以及電源電路，所述電源電路的輸入端連接外部供電電源，輸出端分別連接FlexRay通信控制電路、iCoupler磁隔離電路，FlexRay通信控制電路、iCoupler磁隔離電路、FlexRay消息收發電路、FlexRay總線濾波保護電路依次串接，FlexRay總線濾波保護電路與iCoupler磁隔離電路、FlexRay總線相連。本實用新型采用iCoupler磁隔離技術，增加了總線濾波保護電路，實現了FlexRay網絡節點內部電路和外部總線的隔離，消除了光耦相關的不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時間漂移和隨溫度漂移問題，功耗降低了90%，并且無需外部驅動器或分立器件，減小了PCB面積，使電路的工作更加穩定。
文檔編號H04L12/40GK203119927SQ20132009836
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月5日 優先權日2013年3月5日
發明者黃運生, 吳國良, 段鑫, 孫雨 申請人:湖南開啟時代電子信息技術有限公司