原创 章节试阅：基础二——低电平有效电路接口

6.2.1汽车上的开关和线束模型

导通电阻：是指开关导通时开关的等效阻抗。当开关出厂的时候初始数值可能很小，在使用过程中慢慢变大，表格中的最大值是在整个寿命周期中的最大值。

关断电阻：是指开关断开的时候，开关的等效阻抗。同样的当开关出厂的时候，初始初值较大，随着环境和使用，关断电阻也慢慢变化，表格中的最小值是在整个寿命周期中的最小值。

工作电流：是指开关保证工作的稳定电流，其最小值一般认为是开关的湿电流。

湿电流：英文原文为Wet Current，是指开关需要通过的，维持一定的电流清理开关触头表面的尘垢和腐蚀，以保持触头状态良好的电流的最小值值称为湿润电流，这个电流对金属表面的氧化起阻止作用，防止开关失效。

抖动时间：开关在闭合和关断的过程中，会出现反复的状态变化，最后达到稳定的时间一般称为抖动时间。开关抖动的原因是由开关极其微小的触点面积、机械式设计方式、产品老化等因素造成的。

线束的模型比较简单，实际的导线并不是完全绝缘的。在一定的程度上也会对地和电源有一定的阻抗，因此定义如图6.4所示的模型。

线束模型的参数就是等效的到电源的电阻R.pu和等效的到地的电阻R.pd。这两个值与线束的连接方式有关系，如果线束连接高电平有效信号，R.pu比R.pd大很多，反之线束连接低电平信号，R.pu比R.pd小很多。

表格6.2略

6.2.2从设计约束开始

设计约束1：湿电流

在6.2.1中介绍了湿电流的定义和参数要求，第一个满足的要求需要设计的电路提供这个电流，因此我们设计的电路必须要有上拉电阻的环节。

设计约束2：对电源和对地短路保护

在ISO16750中有明确的测试内容，对信号电路实施短路到电源和短路到地的测试，持续时间为60秒。因此有了这样一个条款，我们的设计就不能采用5V低压的供电。如果采用5V的电源系统，短路到电源的时候，12V系统对5V电源系统就形成了一个倒灌的形式。如果短路到地，5V系统能够负荷的电流本来就极为有限，电流如果增大，势必对低压线性稳压器产生很大的负荷。其他的如信号的传导干扰也会耦合至5V系统，引起逻辑电路的混乱。以上的设计约束同时也限制了上拉电阻的散热性能不能太差，在短路的时候要有足够的散热功率。

设计约束3：单片机电平约束

单片机对输入电压高低状态是有一定的限制的。一般的有如下的参数：

低电平电压阈值：单片机能够识别出低电平时，端口的最大电压。通常的值一般为0.7×V.DD, V.DD是单片机的逻辑供电电压。

高电平电压阈值：单片机能够识别出高电平时，端口的最小电压。通常的值一般为0.3×V.DD, V.DD是单片机的逻辑供电电压。

高电平电压阈值和低电平电压阈值中间的电压单片机会随机读取成高电平或者低电平，因此设计的时候需要避免这段区域。因此我们的电路就需要把12V系统的电压转化成5V系统的电压，一般的我们采用电阻分压电路实现这个设计，为了同时满足这个以上两个值，我们需要正确的选择分压电阻的阻值比例。

设计约束4：嵌位和注入电流

由于12V系统的电压范围较宽，一般的电压范围为9V至16V都要正常工作。这就使得我们的电压变比变得非常困难，在整个电压范围内同时满足低电平电压阈值和高电平电压阈值的要求，势必需要在高电压的时候对电压进行嵌位。一般可以使用二极管实现，所幸的是，满足汽车电子应用的单片机几乎都有内部的嵌位二极管，使得我们的设计变得简单起来。当然单片机对内部嵌位二极管注入电流是有要求的，因为电流会在二极管上发热。因此对分压电阻的阻值就有了一定的要求。

设计约束5：静电和传导干扰

由于模块需要能够承受引脚的静电实验和传导耦合实验，因此电路中需要使用静电电容和滤波电容，防止有暂态脉冲和静电的时候，电路损坏或者单片机识别出错误的信号。增加电容后，可对开关的抖动起到一定的滤波作用。但是电容如果取太大，会使得开关达到稳定状态的时间变长。

根据以上的设计约束，我们可以得到基本的低电平有效电路的结构，如图所示：

其中上拉电阻R.p需要满足设计约束1和2的要求，分压电阻R.vd1和R.vd2需要满足设计约束3和4的要求，电容C.f1和C.f2需要满足设计约束5的要求，在设计的过程需要对比约束然后进行选值。在进行设计之前，首先需要列出电路参数表格6.4，方便整理和计算。

表格6.4略

其次需要计算内容，把前面考虑的设计约束转化成计算条目和满足设计要求的条件，具体的内容可参考表格6.5

表格6.5略

6.2.3低电平有效电路的设计计算过程

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6.2.4整车上面对的不同的需求后的微调

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