一種利用分立元件替代SBC的設計方案

【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基礎芯片的設計方案，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計的有效性。

【關鍵詞】門控制模塊；SBC；分立元件；芯片替代

中圖分類號：U463.6" " 文獻標志碼：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、智能化和網聯化的快速發展，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。當下國際形勢嚴峻，芯片告急，乘用車芯片短缺問題對汽車產業沖擊持續蔓延，導致汽車生產受到很大影響[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、車窗控制、外后視鏡控制等功能的集成式系統基礎芯片（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是意法半導體設計開發的車門區一體化驅動器芯片，內部集成了電源管理功能以及LIN和CAN的收發器，芯片內部還有低壓差線性穩定器（Low Dropout Regulstor，簡稱LDO），可以為微控制器和外圍負載供電，同時還有多個高邊驅動器（High Side Drive，簡稱HSD），能驅動外圍LED工作，其內部集成的H橋還能驅動控制多個直流電機。

1.1" SBC方案

L99DZxxx具有多條輸出專門為電機驅動應用優化，如后視鏡位置調節、收疊和門鎖致動，還有多條輸出用于照明應用。芯片內置的每個驅動器都使用脈寬調制技術進行精確的電流控制，其他功能包括電機或LED等的負載軟啟動，以防止啟動電流過高在汽車線路內產生具有破壞性的電涌。在某車型的DCM中，L99DZxxx主要負責車窗控制、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框圖見圖1。

1.2" 分立元件替代方案

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

2" 替代方案技術分析

2.1" 車窗及隱藏式門把手驅動

在原有的SBC方案中，DCM是通過L99DZxxx控制H橋驅動車窗紋波電機來實現四門玻璃的升降及位置識別，隱藏式門把手的驅動電機則通過全橋驅動控制。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中內置的H橋控制外后視鏡的折疊展開和上下左右調節，在新的替代方案中，MCU通過控制外置的HSD和LSD來實現原有的外后視鏡控制功能，同時，通過采集外后視鏡內電路中特定電阻的阻值變化來實現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中內置的驅動電路實現對指示燈的控制，在新的替代方案中，若燈的過流大于100mA，則通過外置的HSD進行驅動，若燈的過流小于100mA，則通過外置晶體管進行驅動。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" 靜態電流估算

靜態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，疊加的靜態電流也越來越大，越大的靜態電流消耗蓄電池能量越快，過大的靜態電流可能會導致整車蓄電池虧電[3]。本替代方案在完成對功能方面的替代設計后，仍需確保滿足整車靜態電流要求，保證整車的蓄電池配置和靜置時間不受嚴重影響，因此對本方案的電子器件進行靜態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電流值與數量信息進行統籌，可知本替代方案使用1個LDO、MCU，2個電能管理單元，6個高邊驅動和喚醒源，將其靜態電流值進行疊加計算可估算出本替代方案下靜態電流值為0.5mA，具體數值分析見表1。與原方案相比，替代方案的靜態電流有所增加，但是增大幅度不大，仍能在保證處于靜電流風險管控范圍內，滿足整車靜態電流要求。

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保控制器供貨充足。新方案經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、外后視鏡調節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是通過MOS控制的，支持PWM調速，新的替代方案采用繼電器通斷控制，無法支持調速功能。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域加高變大，質量增加（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。

4" 總結

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，實現了芯片的完全國產化。通過試驗驗證，利用多個分立元件的方案靜態電流值為0.5mA，能滿足整車靜態電流的基本要求；通過功能測試，整體功能均能實現，和原有方案差別不大，均能滿足相關功能。通過本方案，解決了汽車缺芯問題，保證了正常生產供應。

參考文獻：

[1] 董靜媚. 當前工業經濟運行中的供需矛盾[J]. 財經界，2021（25）：22-23.

[2] 楊忠陽. 芯片短缺倒逼汽車產業供應鏈自主可控[J]. 中國經濟評論，2021（2）：74-75.

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

（編輯" 凌" 波）