基于英飞凌 TLD4020-3ET 的 LIN 自动寻址方案解析

作者
Moore Meng
文章来源
Cytech Engineer

基于英飞凌 TLD4020-3ET 的 LIN 自动寻址方案解析

LIN (Local InterconnectNetwork) 总线，是基于 UART/SCI (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter/Serial Communication Interface 通用异步收发器/串行通信接口) 的低成本串行通信协议。LIN 自动寻址 (Auto-Addressing) 是 LIN 协议中的一个重要功能，它保障了通信系统的稳定性和可靠性。本文将介绍基于英飞凌 TLD4020-3ET 芯片的 LIN 总线自动寻址 (Auto-Addressing) 技术，包括其硬件特性、实现流程及关键参数配置。

英飞凌 TLD4020-3ET 芯片概述

英飞凌 TLD4020-3ET 是一款三通道设备，配备集成且受保护的输出级。它专为控制 RGB LED 而设计，最大电流可达 51.5mA。以下为 TLD4020-3ET 的关键特性： 

  • 32 位 Arm® Cortex®-M23 核心
  • 片上内存  
    • 32kB 闪存 (包括 1000TP 内存)
    • 576 字节 1000TP 内存
    • 3kB SRAM 
    • Boot ROM 用于启动固件和 flash 例程  
  • 片上振荡器和通过 2 线 SWD 实现的片上调试支持

实现 LIN 自动寻址的设备需要具备以下特性：

  • 分流电压测量 (Shunt voltage measurement) 
  • 上拉和恒流源配置 (Pull-up and current source configuration)

下图 (图1) 展示了 TLD4020-3ET 满足自动寻址的内部特性框图。根据参考文件 (UM 8.2.4.1 章节)，为了满足自动寻址，LIN 芯片需要具备 ADC 和上拉可控的恒流源，便于测量。

图1 TLD4020-3ET 满足自动寻址的内部特性框图
图1 TLD4020-3ET 满足自动寻址的内部特性框图

自动寻址流程

下图 (图2) 为自动寻址的流程框图。在收到正式的自动寻址指令后，芯片首先会执行 Deactivate pull-ups 操作，确保所有节点处于初始状态，接着进行在线芯片的 Slave alredy addressed ? 确认，已有地址的芯片可以不再参与自动寻址 (需在 Master 内设置)。所以一般在自动寻址开始之前会清除所有 AA 芯片的 Address。确认所有满足自动寻址条件的芯片未分配地址后，要进行第一次 IDIFF 1 的对比确认 (即图 2 中的 step1 到 step5)。以下重点介绍此过程。

图2 自动寻址流程框图
图2 自动寻址流程框图

下图 (图3) 为一个 Bus Shunt Method (BSM) LIN network 的示意图，其中 Commander 是 Master，Responder 是不具备自动寻址功能的 slave，Responder AA 是具备自动寻址功能的 slave。在同一个 BSM LIN network 中它们是可以共存的，TLD4020-3ET 即为 Responder AA。

图3 BSM LIN network 的示意图
图3 BSM LIN network 的示意图

TLD4020-3ET 的 LIN 模块的内部示意框图如下图 (图4)：

图4 TLD4020-3ET 的 LIN 模块的内部示意框图
图4 TLD4020-3ET 的 LIN 模块的内部示意框图

在整个自动寻址过程中，AA 芯片需经历四个阶段：OFFSET、PRE-SELECTION、SELECTION 和 ENDING。所有步骤都发生在 BREAK 中。

图5 Auto-addressing 流程示意图
图5 自动寻址流程示意图
图6 Auto-addressing 四个阶段示意图
图6 自动寻址四个阶段示意图

 (一) OFFSET

在 step1 到 step2 的过程中，系统会测定每个 AA 芯片的基准 IAA_1。在 AA 芯片内的动作如下图 (图7)。AA 芯片不接通 pull-up 和 current source，N-AA 芯片正常工作，流过每个 AA 芯片内部 Rshunt 上的电流 Ishunt 仅为此 AA 芯片“更远端”的 N-AA 的电流。此时：
Ishunt-c (IAA-1) = Ib3+Ib4
Ishunt-b (IAA-1) = Ib3+Ib4
Ishunt-a (IAA-1) = Ib2+Ib3+Ib4

图7 OFFSET 阶段 AA 芯片动作示意图
图7 OFFSET 阶段 AA 芯片动作示意图
图8 自动寻址 OFFSET 阶段示意图
图8 自动寻址 OFFSET 阶段示意图

 (二) PRE-SELECTION

在 step3 到 step4 的过程中，所有 AA 芯片的 current sources 接通，此时：
Ishunt-c (IAA-2) = Ib3+Ib4
Ishunt-b (IAA-2) = Ib3+Ib4+Ia-c
Ishunt-a (IAA-2) = Ib2+Ib3+Ib4+Ia-c+Ia-b

由此可以算出每个 AA 芯片的 IDIFF (IDIFF = IAA_2 - IAA_1)，如果算出的 IDIFF 小于配置的 IDIFF 1 (I_DIFF_TH_1_VAL)，认为此 AA 芯片在 Master 的“远端”，则进入下一次对比的 SELECTION 阶段。如果 IDIFF 大于 IDIFF 1 认为此芯片在 Master 的“近端”，则在进入 SELECTION 时，此芯片的 current source 自动断开，不再参与 SELECTION 的对比。

图9 PRE-SELECTION 阶段 AA 芯片动作示意图
图9 PRE-SELECTION 阶段 AA 芯片动作示意图
图10 自动寻址 PRE-SELECTION 阶段示意图
图10 自动寻址 PRE-SELECTION 阶段示意图

 (三) SELECTION

在 step5 到 step6 的过程中，除了在 PRE-SELECTION 中 current source 断开的 AA 芯片，剩下的芯片再次进行对比，和 IDIFF 2 比较，确认“最远端”的 salve。

图11 SELECTION 阶段 AA 芯片动作示意图
图11 SELECTION 阶段 AA 芯片动作示意图
图12 自动寻址 SELECTION 阶段示意图
图12 自动寻址 SELECTION 阶段示意图

(四) ENDING

step7 完成选择后，所有 current sources 断开，所有 pull-ups 正常连接，LIN 正常工作，并在接下来的 FRAME 中给此次的“最远端”的 slave 分配地址 (地址为可根据需求配置)。需要注意，所有的 Auto-addressing，都必须有开始和结束的 FRAME。

图13 自动寻址完整 FRAME 示意图
图13 自动寻址完整 FRAME 示意图

关键参数配置

TLD4020-3ET 在 LIN 自动寻址中需要配置的部分参数，包括 PRE-SELECTION 和 SELECTION 阶段的上拉电流设置 (图14、图15)、LIN自动寻址状态寄存器 (图16) 以及 AA_I_DIFF_TH 阈值寄存器 (图17) 等。

图14 PRE-SELECTION 和 SELECTION pull-up current
图14 PRE-SELECTION 和 SELECTION pull-up current
图15 PRE-SELECTION 和 SELECTION pull-up current
图15 PRE-SELECTION 和 SELECTION pull-up current
图16 LIN 自动寻址 Status
图16 LIN 自动寻址 Status
图17 AA_I_DIFF_TH
图17 AA_I_DIFF_TH

总结

本文详细介绍了通过英飞凌 TLD4020-3ET 芯片实现 LIN 自动寻址的原理、流程及配置要点，可为相关应用开发提供参考。欲了解更多技术细节和英飞凌相关产品信息，您可以点击下方「联系我们」，提交您的需求，骏龙科技公司愿意为您提供更详细的技术解答。

 

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