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CN117872903B - 一种基于lin总线信号控制的斜率控制电路及其控制方法 - Google Patents

一种基于lin总线信号控制的斜率控制电路及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种基于LIN总线信号控制的斜率控制电路及方法，属于LIN总线信号控制技术领域。基于LIN总线信号控制的斜率控制电路包括电压采集电路、反馈控制电路、负载电路；负载电路通过LIN引脚与电压采集电路的输入端相连；电压采集电路的输出端与反馈控制电路的输入端相连，反馈控制电路的输出端与LIN引脚相连，电压采集电路包括采样保持电路S/H；本发明通过采样保持电路S/H，并配合电压采集电容，可以取出LIN总线上电压在采集周期内电压的变化，能基于LIN芯片外部的LIN信号变化作出准确的响应；使用了闭环反馈控制电路能使LIN总线电压上升沿和下降沿的速率保持恒定；另外本发明的电路简单，成本低。

Description

一种基于LIN总线信号控制的斜率控制电路及其控制方法
技术领域
本发明属于LIN总线信号控制技术领域，具体涉及一种基于LIN总线信号控制的斜率控制电路及其控制方法。
背景技术
LIN(Local Interconnect Network局部连接网络)总线是基于UART/SCI(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter/SerialCommunication Interface通用异步收发器/串行通信接口)的低成本的串行通讯协议。相对于CAN总线而言，LIN总线协议较为简单，对单片机的要求也并不高，基本的窗口就可以实现。作为CAN总线的辅助总线，LIN总线广泛应用于车门、车窗、车灯及中控锁等车身控制领域。
通常LIN芯片会挂载在LIN总线上，用于监测LIN总线信号变化。LIN芯片的LIN引脚端口会从LIN总线上抽电流，以产生LIN总线电压的变化。
目前市场上大多数LIN总线的电压控制电路，是基于开环控制的原理设计的，这本质上是一种预估控制，并不能基于LIN芯片外部的LIN信号变化，做出对NMOS管栅极电压准确的响应，从而会出现LIN总线的电压上升沿和下降沿的速率不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于LIN总线信号控制的斜率控制电路及方法，能基于LIN芯片外部的LIN信号变化作出准确的响应，并且能使LIN总线电压上升沿和下降沿的速率保持恒定。
为实现上述目的，本发明一种基于LIN总线信号控制的斜率控制电路包括电压采集电路、反馈控制电路、负载电路，负载电路通过LIN引脚与电压采集电路的输入端相连，电压采集电路用来采集LIN总线电压下降或者LIN总线电压上升时的电压；电压采集电路的输出端与反馈控制电路的输入端相连，反馈控制电路的输出端与LIN引脚相连；反馈控制电路用来控制LIN总线电压下降或上升时保持恒定速率。
作为本发明进一步的方案：所述LIN总线电压下降时，所述电压采集电路包括采样保持电路S/HI、采样保持电路S/HII、电压跟随器VFI、电压跟随器VFII；电压跟随器VFI的正输入端与采样保持电路S/HI的一端相连，采样保持电路S/HI的另一端与LIN引脚相连；采样保持电路S/HI与采样保持电路S/HII并联，采样保持电路S/HII的输出端与电压跟随器VFII的正输入端相连；电压跟随器VFI的输出端与开关S1的一端相连；电压跟随器VFII的输出端与开关S2的一端相连；开关S1的另一端分别与电压采集电容C1的上极板、开关S4的一端相连；电压采集电容C1的下极板分别与开关S3的一端、开关S2的另一端相连，开关S3的另一端接地；开关S4的另一端与反馈控制电路中的运算放大器OPAI的正输入端相连；
所述反馈控制电路包括运算放大器OPAI，运算放大器OPAI的负输入端接参考电压Ref_voltageI，运算放大器OPAI的输出端与可变电流源I1相连，可变电流源I1的输出端分别与电容C2的上极板、微电流源I2的输出端相连，电容C2的下极板接地，微电流源I2的输出端通过电阻R1分别与电容C3的上极板，NMOS管MI的栅极相连，电容C3的下极板接地，NMOS管MI的源极接地。
作为本发明进一步的方案：所述NMOS管MI的栅极电压为GND，LIN总线电压为最高。
作为本发明进一步的方案：可变电流源I1、微电流源I2是一路很小的电流源，保证电容C3上电压一直在上升。
作为本发明进一步的方案：所述LIN总线电压上升时，所述电压采集电路包括采样保持电路S/HIII、采样保持电路S/HIV、电压跟随器VFIII、电压跟随器VFIV；电压跟随器VFIII的正输入端与采样保持电路S/HIII的一端相连，采样保持电路S/HIII的另一端与LIN引脚相连；采样保持电路S/HIII与采样保持电路S/HIV并联，采样保持电路S/HIV的输出端与电压跟随器VFIV的正输入端相连；电压跟随器VFIII的输出端与开关S5的一端相连；电压跟随器VFIV的输出端与开关S6的一端相连；开关S5的另一端分别与电压采集电容C4的上极板、开关S7的一端相连；电压采集电容C4的下极板分别与开关S8的一端、开关S6的另一端相连，开关S8的另一端接地；开关S7的另一端与反馈控制电路中的运算放大器OPAII的正输入端相连；
反馈控制电路包括运算放大器OPAII，运算放大器OPAII的输出端与可变电流源I3相连，可变电流源I3与微电流源I4、电容C5并联后串联电阻R2，电阻R2的另一端一路通过电容C6接地，一路与NMOS管MII的栅极相连，NMOS管MII的源极接地，NMOS管MII的漏极连接于LIN引脚与电压采集电路之间；电容C5的下极板接地。
作为本发明进一步的方案：所述NMOS管MII的栅极电压为VDD，LIN总线电压为最低。
作为本发明进一步的方案：可变电流源I3、微电流源I4是一路很小的电流源，保证电容C6上电压一直被下拉。
作为本发明进一步的方案：所述负载电路包括负载电阻Rload，负载电阻Rload与负载电容Cload串联后接地，LIN引脚连接于负载电阻Rload与负载电容Cload之间。
一种基于LIN总线信号控制的斜率控制方法，包括以下步骤：
Step1：电压采集电路通过不同开关的闭合与关闭控制电压采集电容分别采集上极板、下极板上的电压，从而得到LIN总线电压的电压差；
Step2：反馈控制电路将所述电压差与参考电压进行比较，根据比较结果，来控制NMOS管的下拉电流能力；
Step3：多次重复Step1、Step2，节拍由片内时钟确定，采集次数依据LIN芯片内时钟频率，若时钟频率高，则可以实现较多次的采集。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明通过采样保持电路S/H，并配合电压采集电容，可以取出LIN总线上电压在采集周期内电压的变化，能基于LIN芯片外部的LIN信号变化作出准确的响应，若采集周期较短，可以近似认为对LIN总线电压进行了微分操作；使用了闭环反馈控制电路能使LIN总线电压上升沿和下降沿的速率保持恒定；另外本发明的电路简单，成本低。
附图说明
图1是本发明的一种基于LIN总线信号控制的斜率控制电路框图。
图2是本发明的LIN总线电压下降时的电路图。
图3是本发明的LIN总线电压上升时的电路图。
图4是本发明的基于LIN总线信号控制的斜率控制方法的流程图。
图中：1、电压采集电路，2、负载电路，3、反馈控制电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于LIN总线信号控制的斜率控制电路包括电压采集电路1、反馈控制电路2、负载电路3，负载电路2通过LIN引脚与电压采集电路1相连，电压采集电路1用来采集LIN总线下降或者LIN总线电压上升时的电压；电压采集电路1的输出端与反馈控制电路2的输入端相连，反馈控制电路2的输出端与LIN引脚相连；反馈控制电路2用来控制LIN总线电压下降或者上升时保持恒定速率。
如图2所示，LIN总线电压下降时的电路图，默认前提条件是上一次LIN总线电压拉到最高，NMOS管MI的栅极电压相对应的被拉到最低，即GND。在此基础上若LIN总线电压下降，则需要逐渐拉高NMOS管MI栅极电压。
电压采集电路1包括采样保持电路S/HI、采样保持电路S/HII、电压跟随器VFI、电压跟随器VFII；电压跟随器VFI的正输入端与采样保持电路S/HI的一端相连，采样保持电路S/HI的另一端与LIN引脚相连；采样保持电路S/HI与采样保持电路S/HII并联，采样保持电路S/HII的输出端与电压跟随器VFII的正输入端相连；电压跟随器VFI的输出端与开关S1的一端相连；电压跟随器VFII的输出端与开关S2的一端相连；开关S1的另一端分别与电压采集电容C1的上极板、开关S4的一端相连；电压采集电容C1的下极板分别与开关S3的一端、开关S2的另一端相连，开关S3的另一端接地；开关S4的另一端与反馈控制电路中的运算放大器OPAI的正输入端相连；
反馈控制电路3包括运算放大器OPAI，运算放大器OPAI的负输入端接参考电压Ref_voltageI，运算放大器OPAI的输出端与可变电流源I1相连，可变电流源I1的输出端分别与电容C2的上极板、微电流源I2的输出端相连，电容C2的下极板接地，微电流源I2的输出端通过电阻R1分别与电容C3的上极板，NMOS管MI的栅极相连，电容C3的下极板接地，NMOS管MI的源极接地。
LIN总线电压下降时的控制方法，包括以下步骤：
数字逻辑控制开关S1、开关S2、开关S3、开关S4的关闭与开启。
Step1：开关S1、S3闭合，开关S2、S4断开，电压采集电容C1的上极板采集LIN总线电压U1；
Step2：开关S1、S2闭合，开关S3、S4断开，电压采集电容C1的下极板采集LIN总线电压U2；
Step3：开关S1、S2断开、S3、S4闭合。电压采集电容C1上极板即为两次采集的LIN总线电压差ΔU1，其中ΔU1＝U1-U2，该电压差ΔU1被读入。
Step4：电压差ΔU1与参考电压Ref_voltageI进行比较，若高于参考电压Ref_voltageI，则可变电流源I1的充电电流减少；若低于参考电压Ref_voltageI，则可变电流源I1的电流加大,进而控制NMOS管MI下拉管的下拉电流能力。
通过这样的反馈控制，实现LIN总线下降电压的恒定速率。
在LIN总线电压下降过程中，会多次重复这个过程，节拍由片内时钟给定，采集次数依据LIN芯片内时钟频率，若时钟频率高，则可以实现较多次的采集。
图2中的可变电流源I1、微电流源I2是一路很小的电流源，保证电容C3上电压一直在上升。
如图3所示，LIN总线电压上升时的电路图，默认条件是NMOS管MII栅极电压是VDD，VDD是片内最高电压，LIN总线电压为最低。
电压采集电路1包括采样保持电路S/HIII、采样保持电路S/HIV、电压跟随器VFIII、电压跟随器VFIV；电压跟随器VFIII的正输入端与采样保持电路S/HIII的一端相连，采样保持电路S/HIII的另一端与LIN引脚相连；采样保持电路S/HIII与采样保持电路S/HIV并联，采样保持电路S/HIV的输出端与电压跟随器VFIV的正输入端相连；电压跟随器VFIII的输出端与开关S5的一端相连；电压跟随器VFIV的输出端与开关S6的一端相连；开关S5的另一端分别与电压采集电容C4的上极板、开关S7的一端相连；电压采集电容C4的下极板分别与开关S8的一端、开关S6的另一端相连，开关S8的另一端接地；开关S7的另一端与反馈控制电路3中的运算放大器OPAII的正输入端相连；
反馈控制电路3包括运算放大器OPAII，运算放大器OPAII的输出端与可变电流源I3相连，可变电流源I3与微电流源I4、电容C5并联后串联电阻R2，电阻R2的另一端一路通过电容C6接地，一路与NMOS管MII的栅极相连，NMOS管MII的源极接地，NMOS管MII的漏极连接于LIN引脚与电压采集电路之间；电容C5的下极板接地；
负载电路2位于LIN芯片外部，如图2或图3所示，负载电路包括负载电阻Rload，负载电阻Rload与负载电容Cload串联后接地，LIN引脚连接于负载电阻Rload与负载电容Cload之间。
LIN总线电压上升时，默认条件是NMOS管MII的栅极到VDD，VDD是片内最高电压，其控制方法，包括以下步骤：
数字逻辑控制开关S5、S6、S7、S8的关闭与开启。
Step1：开关S6闭合，开关S5、S7、S8断开，电压采集电容C4的下极板采集LIN总线电压u1；
Step2：开关S5、S6闭合，开关S7、S8断开，电压采集电容C4的上极板采集LIN总线电压u2；
Step3：开关S7、S8闭合，开关S5、S6断开，电压采集电容C4上极板即为两次采集的LIN线电压差Δu1，即Δu1＝u1-u2,该电压差Δu1被读入，电压差Δu1与参考电压Ref_voltageII进行比较，若超过参考电压，则可变电流源的下拉电流减少；若低于参考电压，则可变电流源I3的电流加大，进而控制NMOS管MII下拉管的下拉电流能力。
通过这样的反馈控制，实现LIN总线线电压上升沿的恒定速率。
在LIN总线电压上升过程中，会多次重复这个过程，节拍由片内时钟给定，采集次数依据LIN芯片内时钟频率，若时钟频率高，则可以实现较多次的采集。
可变电流源I3、微电流源I4是一路很小的电流源，保证电容C6上电压一直被下拉。
本发明通过采样保持电路S/H，并配合电压采集电容，可以取出LIN总线上电压在采集周期内电压的变化，能基于LIN芯片外部的LIN信号变化作出准确的响应，若采集周期较短，可以近似认为对LIN总线电压进行了微分操作；使用了闭环反馈控制电路能使LIN总线电压上升沿和下降沿的速率保持恒定；另外本发明的电路简单，成本低。

Claims (7)

1.一种基于LIN总线信号控制的斜率控制电路，其特征在于，包括电压采集电路（1）、反馈控制电路（3）、负载电路（2）；负载电路（2）通过LIN引脚与电压采集电路（1）的输入端相连，电压采集电路（1）用来采集LIN总线电压下降或者LIN总线电压上升时的电压；电压采集电路（1）的输出端与反馈控制电路（3）的输入端相连，反馈控制电路（3）的输出端与LIN引脚相连，反馈控制电路（3）用来控制LIN总线电压下降或者上升时保持恒定速率；
所述LIN总线电压下降时，所述电压采集电路（1）包括采样保持电路S/HI、采样保持电路S/HII、电压跟随器VFI、电压跟随器VFII；电压跟随器VFI的正输入端与采样保持电路S/HI的一端相连，采样保持电路S/HI的另一端与LIN引脚相连；采样保持电路S/HI与采样保持电路S/HII并联，采样保持电路S/HII的输出端与电压跟随器VFII的正输入端相连；电压跟随器VFI的输出端与开关S1的一端相连；电压跟随器VFII的输出端与开关S2的一端相连；开关S1的另一端分别与电压采集电容C1的上极板、开关S4的一端相连；电压采集电容C1的下极板分别与开关S3的一端、开关S2的另一端相连，开关S3的另一端接地；开关S4的另一端与反馈控制电路（3）的运算放大器OPAI的正输入端相连；
所述反馈控制电路（3）包括运算放大器OPAI，运算放大器OPAI的负输入端接参考电压Ref_voltageI，运算放大器OPAI的输出端与可变电流源I1相连，可变电流源I1的输出端分别与电容C2的上极板、微电流源I2的输出端相连，电容C2的下极板接地，微电流源I2的输出端通过电阻R1分别与电容C3的上极板、NMOS管MI的栅极相连，电容C3的下极板接地，NMOS管MI的源极接地；
所述LIN总线电压上升时，所述电压采集电路（1）包括采样保持电路S/HIII、采样保持电路S/HIV、电压跟随器VFIII、电压跟随器VFIV；电压跟随器VFIII的正输入端与采样保持电路S/HIII的一端相连，采样保持电路S/HIII的另一端与LIN引脚相连；采样保持电路S/HIII与采样保持电路S/HIV并联，采样保持电路S/HIV的输出端与电压跟随器VFIV的正输入端相连；电压跟随器VFIII的输出端与开关S5的一端相连；电压跟随器VFIV的输出端与开关S6的一端相连；开关S5的另一端分别与电压采集电容C4的上极板、开关S7的一端相连；电压采集电容C4的下极板分别与开关S8的一端、开关S6的另一端相连，开关S8的另一端接地；开关S7的另一端与反馈控制电路（3）中的运算放大器OPAII的正输入端相连；
所述反馈控制电路（3）包括运算放大器OPAII，运算放大器OPAII的输出端与可变电流源I3相连，可变电流源I3与微电流源I4、电容C5并联后串联电阻R2，电阻R2的另一端一路通过电容C6接地，一路与NMOS管MII的栅极相连，NMOS管MII的源极接地，NMOS管MII的漏极连接于LIN引脚与电压采集电路之间；电容C5的下极板接地。
2.根据权利要求1所述的一种基于LIN总线信号控制的斜率控制电路，其特征在于，所述NMOS管MI的栅极电压为GND，LIN总线电压为最高。
3.根据权利要求1所述的一种基于LIN总线信号控制的斜率控制电路，其特征在于，所述可变电流源I1、微电流源I2是一路很小的电流源，保证电容C3上电压一直在上升。
4.根据权利要求1所述的一种基于LIN总线信号控制的斜率控制电路，其特征在于，所述NMOS管MII的栅极电压为VDD，LIN总线电压为最低。
5.根据权利要求1所述的一种基于LIN总线信号控制的斜率控制电路，其特征在于，所述可变电流源I3、微电流源I4是一路很小的电流源，保证电容C6上电压一直被下拉。
6.根据权利要求1所述的一种基于LIN总线信号控制的斜率控制电路，其特征在于，所述负载电路（2）包括负载电阻Rload，负载电阻Rload与负载电容Cload串联后接地，LIN引脚连接于负载电阻Rload与负载电容Cload之间。
7.根据权利要求1所述的一种基于LIN总线信号控制的斜率控制电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
Step1：电压采集电路通过不同开关的闭合与关闭控制电压采集电容分别采集上极板、下极板上的电压，从而得到LIN总线电压的电压差；
Step2：反馈控制电路将Step1中的电压差与参考电压进行比较，根据比较结果，来控制NMOS管的下拉电流能力；
Step3：多次重复Step1、Step2，节拍由片内时钟确定，采集次数依据LIN芯片内时钟频率。
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