車載通信終端靜態電流分析

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）是車聯網中的核心零部件，也是車載通信系統與外界通信的中心節點，主要完成車內網與車外網之間的數據通信、車身數據采集、遠程控制、安全監測、緊急通話等重要功能，可廣泛應用于乘用車、新能源汽車及商用車等車型，應用也越來越廣泛。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，減少車輛的靜態停放時間，嚴重的可能導致蓄電池出現饋電現象，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的靜態電流消耗嚴格管控。本文主要從研發設計角度詳細分析T-BOX靜態電流的設計和實現過程。

1 T-BOX系統架構

T-BOX屬于前裝產品，與整車同步設計。T-BOX系統內部主要包括：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、數據存儲芯片等電路，詳見系統框圖1。T-BOX系統工作時需要外圍組件與其連接，包含有天線（衛星+移動天線）、線束（主電源+USB）和附屬配件（KEY+MIC+SPK+LED）等。

圖1 T-BOX系統框圖

當主機通電工作時，MCU作為核心處理器，處理實時性較強的任務，主要負責與4G模組之間的數據通信、CAN報文收發處理、系統電源管理、車輛數據監控等多種在線應用功能。4G通信模塊主要完成與移動基站之間的上下行數據傳輸功能、GNSS定位信息采集、eCALL功能、OTA程序升級等功能。

2 系統功能模式

T-BOX系統通常有工作、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設備所有功能模塊都要求正常運行工作，可以執行車輛數據采集、車輛定位、報警、數據聯網傳輸等任務，此階段耗電量最大；執行完任務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：當車輛熄火或收到總線休眠指令后，要求設備進入待機模式，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，此時系統可支持KL15 ON、RTC、CAN網絡、車輛振動（Gsensor）、電話、SMS、eCALL等喚醒條件切換到工作模式，同時也能夠執行數據采集、報警、eCALL等任務，此階段耗電量較低。

3）睡眠模式：當設備執行完任務或收到相關進入睡眠條件命令后，設備進入睡眠模式，在此模式下通信模塊將關閉，MCU、CAN處于休眠狀態，系統可支持KL15 ON、CAN網絡、eCALL喚醒、RTC喚醒等喚醒條件切換到工作模式，此狀態下耗電量降至最低。不同的模式之間轉換詳見圖2。

圖2 模式轉換

3 靜態電流目標實現

為了降低整機靜態電流功耗，實現各個運行模式的目標，主要通過以下途徑。

1）合理電路設計：在電路支路設計上，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MCU輸出高電平3.3V時，電流可以節省約630μA。在合理需要上拉電阻的地方，由2.2kΩ改為10kΩ，可以節省約1.07mA。

2）合理配置模塊/IC工作模式：根據整機運行功能需求，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，根據不同工作模式需求，將非工作單元電源使能關閉。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，當在待機模式下，將MIC+AMP支路電源關閉，可以節省大量的電流消耗。

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，避免設置成輸出低電平產生消耗電流。

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

表2 實際測試結果

4 結束語

靜態電流設計是T-BOX設計的重點，為了滿足目標需求，在產品選型設計階段就應該有所規劃，靜態電流越大，對蓄電池的容量消耗越大，車輛存放時間就越短。因此合理的架構設計、有效的模式分配、低靜態功耗IC的選用、軟件的正確配置是有效的解決辦法。