概述
ECU和传感器之间只需要两根线就可以实现PSI5通信。ECU通过这两根线对传感器提供预调节电压,传感器通过这两根线进行电流调制向ECU发送数据信息。ECU与传感器可以实现多种连接方式,不同的连接方式在物理层有这不同的要求。包括供电线参数模型和多种拓扑接口。
供电线模型
PSI5通常使用双绞线进行数据通信,供电线的等效模型如下。下表中的参数则是按照长度为12m的标准CAN电缆进行说明(标准CAN电缆的等效参数为:等效电感为0.72uH/m,等效电容为:50pF/m)。
参数说明
ECU连接器的等效电阻的典型值为0.2Ω,传感器连接器的等效电阻的典型值为0.2Ω,单条线的等效电阻为0.5Ω。整个供电线路的等效总电阻的范围在0.1Ω到2.5Ω之间。按照上面的典型值也可以计算出整个电路的等效总电阻为(0.2+0.2+0.5)*2=1.8Ω。等效电路中的等效电感最大为8.7uH(0.72*12=8.64),等效电路中的等效电容最大为600pF(50*12=600)。
点对点拓扑结构-异步通信(单传感器)
PSI5-A用来描述传感器到ECU单向异步数据传输的点对点连接方式。当接通电源后,传感器开始定期向ECU发送数据,数据传输的周期和重复率都只由传感器决定。
参数说明
ECU的内部等效总电容Ce=Ce1(ECU内部等效电容)+Ce2(ECU端口的等效电容)的范围在6.0nF-47nF之间。传感器的等效电容与频率有关(个人理解为纹波频率),在10-200KHZ之间时,其等效电容为6.0-47nF,在200K-2MHZ之间时,其等效电阻为1.32-47nF。ECU的内部等效总电阻Re=Re1+Re2,标准模式下的范围在5-12.5Ω,高级模式下的范围为5-9.5Ω。传感器的内部等效电阻最小值为2.5Ω。
总线拓扑结构-同步并行总线模式(多传感器)
PSI5-P用来描述ECU与传感器之间的同步并行总线连接方式。每一个传感器都通过单独的供电线与ECU进行连接。
总线拓扑结构-同步通用总线模式(多传感器)
PSI5-U用来描述ECU与传感器之间使用同步通用总线连接方式。ECU的单个端口连接一个或者多个传感器实现数据通信。连接方式还可以细分为拼接型和直通型的连接方式。下图分别是直通型连接方式和拼接型连接方式。
总线拓扑结构-菊花链总线模式(多传感器)
PSI5-D用来描述一个或者多个传感器按照菊花链配置的方式连接到ECU的单个端口上继续数据通信。菊花链模式下可以使用ECU在传感器初始化阶段进行传感器寻址。
参数说明
ECU的内部等效总电容在15-35nF之间,这些电容的主要作用就是限制总线线路上的信号震荡。传感器的内部等效电容根据速率不同,内部等效电容范围要求也不同,在10-200KHZ之间时,其等效电容为9-24nF,在200K-2MHZ之间时,其等效电阻为1.32-24nF。总线等效总电容为9-72nF,这个参数是总线上所有传感器内部等效电容之和。全部等效电容为24-107nF之间(忽略了供电线的等效电容)。
供电和通信参数定义
下图显示了ECU到传感器和传感器到ECU通信时的电压和电流行为说明。
ECU连接器引脚处测量的电流Ie反映了ECU端的电流行为,Vce反映了ECU端的电压行为。传感器连接器引脚处测量的电流Is反映了传感器端的电流行为。Vss反映了传感器端的电压行为,供电线和ECU及传感器的等效电容电阻等会吸收灌电流,从而导致纹波电压和噪声。因此,下表的参数说明必须满足。此外,带base的物理参数为静态时的物理参数,即没有同步脉冲或电流调制的期间。Vce,base等于供电线上的压降加上Vss,base。
通常,系统参数配置主要分为“通用模式”和“低功耗模式”。通常,通用模式均支持V1.3以及更高版本引入的新的参数。低功耗模式的物理参数要求主要是满足后续低功耗应用接口的电源需求。
普通模式和低功耗模式主要在以下参数上有不同的要求:
- 供电电压Vce和Vss
- 同步信号的维持电压Vt2和传感器触发阈值Vtrig
- 灌电流大小
- 电流信号噪声的限制
- ECU端的静态接口电流
- ECU端的内部等效电阻
系统参数配置和相关物理参数要求是可以组合的,但需要是具体应用而定。如下是组合说明表。
同步信号的电气说明
同步信号的目的是为连接到ECU的传感器提供时基。同步信号是ECU通过电压调制实现的。电气参数特性说明见下图。
相关参数说明
Vce,base为ECU端的静态电压,Vto为识别为其同步脉冲的开始电压,通常为静态电压+0.5V。t0则是开始时间。Vt2为同步电压的维持电压,维持电压的时间主要用来判定同步电压的发送逻辑位为0还是为1。还包括放电时间等信息。注意,符号带上标1表示脉冲宽度表示逻辑1的物理参数要求。符号带上标0的表示脉冲宽度表示逻辑0的物理参数要求。
同步脉冲由ECU触发,那么在传感器端的同步脉冲触发点识别位置如下,包含一个触发窗口和触发点。传感器在触发窗口内进行检测。
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