发表了主题帖： AG32VH407RCT6—程序烧写和LED灯控制

       在搭建好开发环境后看见编译按钮旁的右键箭头是下载功能，所以接上官方给的烧写器和给板卡供电后就点击烧写按钮，但是指令交互窗口用红色字体显示失败。所以就查看官方指导说明文档。指导文档并不大，每个文档也就几页的内容，但是有点乱，不好超找需要的内容，有些文档也是有重复的地方。在刚开始看有关程序烧写的文档中，并没有详细指出AG32VH407RCT6配置platformio.ini，所以先按照可选的选项进行配置，board配置成agrv2k_407，这是因为看到板卡的型号是AG32VH407RCT6，所以就给配置成这样；protocol配置成jlink-openocd，这个确实因为粗心没详细对照烧写器上面的彩色丝印。所以导致按照指导文档烧写程序会失败。在参考其他坛友写的后发现这些都配置错了，修改后确实能烧写成功。正确的配置如下              这些是在platformio.ini文件中进行配置，至于为什么配置成这样，在其他文档有如下的说明              这些都是截取其他文件的相关说明。        除了配置以上的内容外，烧写程序也是不行的，还需要进行其他的配置。需要修改example_board.ve的文件内容。指导文件写的是可以删除全部内容，只保留前两行内容和添加LED引脚的配置，但是为了防止修改失败而导致文件不能恢复，也不想备份这个文件。看到.ve文件明显的注释前面是有#字符的，所以猜想前面加#表示注释，像C语言的//。所以把最后几行加上#，这也是看到其他内容是无关紧要的。但是看到指导文件后发现I/O配置不仅有分组情况，也有与原理图对应的Pin脚。看到别人写的都是GPIO4_x，所以猜想是按8个引脚为一组，但是怎么算都是错的，所以先随便写几个。实际是分组号和引脚可以在指定的情况下任意进行映射。这也是在文档中查看的。具体如下            修改完这些配置后，查看main函数都有哪些需要配置和测试I/O的用例。main函数在example.c中，与其他芯片的工程不太一样。main函数首先调用的是板卡资源的初始化函数，然后是中断的设置。下面有很多的测试选项，但都给注释掉了。看到有I/O的测试—TestGpio();，把前面的注释去掉后。进入TestGpio函数查看都有哪些示例程序。TestGpio()函数定义如下          首先是打印提示信息，然后每延时一定的时间翻转一下EXT_GPIO对应的引脚电平状态。定位EXT_GPIO的定义是在board.h文件中，上面也有LED引脚的配置。            可以看到的是LED引脚配置有三行宏定义。第一行是LED引脚的组号；第二行看到APB字眼，感觉可能跟时钟有关，但是在TestGpio()函数中没有用到，所以先不管了。第三行是LED引脚的组内序号，（1<<4）表示的是第4位，看其他的写法各有不同，有十六进制显示，有二进制显示的。不过能正确表示即可。修改GPIO_Toggle的参数如下          需要注意的是board.h的LED引脚定义要和example_board.ve文件中的引脚定义要一致才能控制LED引脚电平状态。修改完成后要对工程进行编译，直至编译成功。example_board.ve文件修改后要保存，第一次会有覆盖或另存为的提示，点击覆盖就可以。        接下来是烧写程序。第一次烧写程序需要先烧写VE配置，烧写完成后才能烧写程序。不过后续可以修改什么只烧写什么。这个也是在指导文件中看到的。          烧写VE和程序需要点击左侧活动栏的PlatformIO图标，然后按照如下的文件依次点击下载VE和程序的文件便可下载          每次下载成功后终端都会显示成功的字样，如下          程序下载完成后会自动重启设备。

发表了主题帖： 《汽车电子硬件设计》第十一章电子制图设计

       这一章与实际操作有很大的关系，也是本书的最后一章。本章主要讲述的是电子制图设计相关的知识点，也是结合前几章内容的综合性章节，也是与规范化流程紧密相关的一章。        在整个开发流程中，电子制图占据了重要的地位，特别是原理图文件和印制电路板文件，这两个标志性的文档表征着硬件设计的两个重要阶段性节点。在公司层面，根据不同项目和工程师累积起来的设计经验、方法来形成标准化和系统化的制图方法是提高工程师效率的关键要点。由于硬件工作内容的分工和细化，一般把这两项内容分别交给硬件工程师和电路板版图设计工程师。        1)硬件工程师:完成原理图的绘制工作和相关元器件清单的整理工作，为电路板版图设计工程师提供布局布线的限制信息，在布局和地平面策略制定时提供支持，并在最后的检查会议中根据通用的规则对PCB文件进行检查。        2)电路板版图设计工程师;在接收到原理图和需要的封装等其他信息以后，完成电路板的设计工作、并与硬件工程师、结构工程师、电路板提供商和加工工厂工艺工程师确认电路板的功能性、电磁兼容性、可制造性和可装配性等要求，最后完成电路板版图制作过程。        在这方面更多地需要按照遵循规则和验证规则的工作方式，确保整个模块不会在电路板这个环节上出现问题。 原理图设计        原理图设计是从系统设计到硬件细节设计的基础，细节设计是“系统框图→原理图→电路板图”不断设计的过程。在设计好原理图的基础上才能进入印制电路板的设计，并且原理图设计也是整个细节设计的开始。当然，通常意义上的原理图设计就是利用软件工具进行制图的工作，可以选择的工具较多，比如ORCAD、PCAD、PADS 和PROTEL等软件。不同软件原理图的制图过程是相似的，在已加载完成基本的元器件和对应的数据库系统的条件下，整个电路图绘制实现的具体步骤显得较为简单，内容包括:        1)检查所有需要用到的元器件图形符号是否创建，其内部包含的信息是否正确。        2)新建原理图文件:根据实际电路的复杂程度来设置图纸的大小和基本信息。        3)原理图的生成:通过系统框图的细化，整理出对应的原理图设计所需的不同部分和所有要完成的功能，并对此进行划分和布置。        4)放置元器件:从元器件库中选取需要的元器件，根据位置布局的要求放置到合适位置，并修改元器件的名称和封装、显示足够的元器件信息。        5)原理图的布线:根据实际电路的需要，利用各种工具、指令进行布线，将工作平面上的元器件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一幅完整的电路原理图。        6)对于关键的信息需要进一步进行标注和整理。        7)原理图的电气检查:当完成原理图布线后，需要设置项目选项来编译当前项目,利用软件的错误检查报告修改原理图。        8)编译和调整:在完成原理图的电气检查后，就可以开始按各阶段的对应流程进行分析。通过这些分析可以得到各种关键指标，通常需根据这些信息对电路进行多次修改才能够完成设计。        9)存盘和报表输出:利用各种报表工具生成报表。        设计原理图需要以清晰简洁、提高原理图的可读性和包含所有必要的信息为指导原则，在实际操作过程中，可以把要求列表化贯穿于整个设计的阶段。由于在细节设计的阶段往往需要反复更新和检查，因此使用文件记录来追踪整个变更过程是非常重要的。 原理图绘制的一些要点        原理图是整个方案的概览，保持原理图的简洁与易懂，对于设计工程师来说有着重要的意义。在实际操作过程中，工程师建立良好的制图习惯是非常关键的。当然每个公司为了规范不同地区的工作习惯，也会建立一定的制度来规范原理图的绘制，这里整理的是一些较为普遍的规范。        1)原理图的功能分割和标号的顺序确定。这两部分看似没有多大的关系，但实际在使用原理图的过程中，混乱的名称和摆放顺序会破坏文件的易读性。因此，一般每张图纸都需要在这个阶段做一些规定，比如将模块中常见的电路进行初步整理，可划分为电源电路、输人电路、输出电路、通信电路、诊断电路、单片机电路和插接器等部分，并将属于这些功能中的元器件分别以100、200、300、400、500和600进行计数，例如用200定义单片机及其外围电路，那么该单片机可命名为U200，其外围的电阻、电容可分别命名为R200、C200，这样就可以很简单地把元器件的类型和功能定义清楚了。        为了在图上更直观地划分出来，将每个部分的内容通过虚线框选定，然后将电源电路放置在左上方、输人电路在左下方、输出电路在右下方、通信电路在中下偏左、诊断电路在中间偏右、单片机电路在最中间、插接器在最右边，如下图所示。注意版本信息在右上方，绘图信息在右下方，注释信息在两者之间。        在某些情况下，比如整张原理图中可能既包括了控制板原理图又包括了功率板原理图，虽然这种情况不多见，不过当出现这样的情况时，需要使用加粗的黑实线将几块电路板进行分割，并在每个部分进行说明。对于分割后的不同部分，元器件重名的情况可能很普遍，因此一定要对元器件进行区分，否则将容易出现问题。        版本信息对于原理图的可读性非常重要，如下图所示，需要把基本的信息表示清楚，包括文件名称、首次版本创建时间、最新更新时同、绘制作者、批准者、图纸编号、客户信息、项目信息、版本信息、当前页数和总页数等内容。          2)元器件标号的统一和清晰对于原理图来说是非常重要的。标号一般可分为字母标号和相应的数字，字母标号代表元器件的类型;数字是同一类型不同元器件的标识符，数字部分的第1位也起到表征电路功能的作用。由于元器件的字母标号通常是通过其英文首字母定义的，并且因为不同元器件的首字母有时会出现重复，因此需要对同一原理图中的元器件字母标号进行统一规定，见下表，特别是对部分重复的标号进行约定与规范，比如继电器与电阻的英文都是R开头的，晶振和电容的英文都是C开头的，通过这样统一的规定就可以区分不同的元器件，并且保证意义的唯一性。          3)在原理图中，由于存在着大量的被动元器件(主要是电阻和电容)，在图中将元器件的信息表达出来是读懂图纸的关键之一，这些内容包括元器件的封装、精度和耐压值。因此需要设定这些参量的默认值，通过这些默认值去覆盖大部分元器件，并将默认值覆盖不到的地方专门标识，这样就可以使图纸足够简洁。这些内容的注明可以选在空余的角落，使用明确的注释。通常设定默认的封装为0603，电阻的精度为5%,电容的精度为20%，电容的耐压值为100V，这些值是最为常见的，通过注释的使用可以省略很多的标注。其他与默认数值不同的信息都要有明确的显示，使原理图的元器件信息更为直观和完整地显示出来。        4)网络标号命名的问题也是需要重视的，一般可以分成两段或者三段，中间通过下画线分割，如<电路模块>_<性质>_<功能>。其中电路模块由电源(KL30 或 KL15等)、输人电路(I)、输出电路(O)、通信电路(KLINE、LIN或CAN)、诊断电路(D)和单片机电路(MCU)等组成;性质则由开关控制(SW)等进行描述;最后通过功能字段描述节点的功能，比如EN是使能，SENSE是反馈。如果有多路相同或类似电路模块和功能的网络标号，可在后面加后缀数字予以区分。当然上述做法主要是因为大部分软件不支持中文，因此有个约定是非常重要的。如果有更多个节点，最好使用总线的方式传递信号，因为过多的网络标号将会使原理图的可读性大大降低，使用总线可使并行的信号更为直观，特别适于输人信号和数据传输的应用。        5)地线的符号有很多个，见下表，实际在设计中往往将模块总的地线分为几个部分。在电路板内也会进行分割，将信号地分为数字地、模拟地(射频)和晶振地3种。通过这些区分，可以在原理图上反映整个电子模块的基本地线策略。信号地在插接器处通过某些途径进行连接，这样既可以让信号之间的隔离降至最低，又不至于在模块内部引起不必要的地偏移。          6)测试点需要显示出来，很多工程师在绘制原理图时会放置测试点，但通常将之隐藏，这会给电路的调试和实验带来很大的麻烦。因此需要注意添加原点符号或者菱形符号的测试点，在原理图阶段就考虑可测试性是非常重要的。        7)在原理图中往往需要对电路进行内部的注释。很多信号的参数需要予以标注，一般以下几类信号需要明确标注。            大电流的信号:一般电流超过1A以上的电源和功率输出信号;           重要的高速信号:时钟信号和高速通信信号等，特点是频率较高、容错性差;           敏感的数字信号:复位信号和PWM控制信号，容易受干扰;           微弱的模拟信号:传感器的电流、电压输出信号和某些差分信号。        在完成标注以后、布局工程师将会对这些信号进行处理:对于大电流信号，需要更宽的线宽;对于高速信号，需要对其产生的干扰进行抑制;对于敏感数字信号，需要进行隔离和保护;对于模拟信号，则考虑进行屏蔽并对其地线进行单独处理。需要特别注意:设计中往往是覆盖高端配置、中端配置和低端配置，甚至可能覆盖多个平台。因此可能有很多模块是选择性贴装的，需要在原理图上进行标注，复杂情况下需要有专门的说明文件对于多种配置进行说明。 BOM 表的整理和规范        元器件编号是一个标准化的步骤，在整个元器件和图纸数据库系统中是非常重要的。在采购元器件时，元器件供应商都会对元器件进行编码，使用一个内部编号，可称为供应商出厂编号(SPN)，通常它包含以下的信息。        1)功能描述:按照不同的元器件实现的功能有一定的细分，供应商会将元器件进行归类。        2)电气特性:如电阻的阻值和精度、最大工作电压、温度系数、最大散热功率等信息是元器件最为基本的电气特性;集成芯片可能有着较为复杂的特性。        3)环境特性:工作温度特性和湿度敏感特性等信息。        4)机械特性:抗振动和冲击的特性。        5)AECQ/ROSH信息:是否符合AECQ的认证是元器件的一个重要属性，另外，环保特性是属于ROSH还是无铅(PbFree)等信息需要注明。        6)封装和卷带信息:同一个芯片可能有不同的封装信息，表征着引脚数目、焊接类型和尺寸大小，并且附带着生产加工时的卷带信息。        如果使用SPN给内部数据库系统进行标号，这种方法会存在一些缺陷，严重时会导致信息混乱。汽车电子供应商往往与整车企业签署了长期的供货要求，如果只采用一家供应商的产品可能会出现风险，为此整车企业会为同一个元器件准备2~3家供应商。在数据库信息系统中，整车企业给每个元器件设置一个企业内部编号(IPN)。通常一个IPN可以对应几个SPN，并且在原理图中只标注IPN，这样可以在不改动数据库的同时使得采购可以发挥更大的权限去做一些成本优化。某些全球化的跨国企业还会在这个基础上设置一个全球统一编号(GPN)，以协调不同工厂的采购与生产。        这里需要注意一点，某些芯片可能拥有同样的结构和名称，但是不同厂家的产品性能略有差异。最为典型的是低压稳压器的热阻，比如芯片L4949，ST和ONSEMI公司提供的热阻数据并不相同，因此在这一点上需要特别注意产品的说明;比如运放LM2904，在说明书上标明的数据很宽泛，实际上各个厂家由于工艺的不同，能够实现的参数也不同，其失调电压就有很大的区别。另外一个特殊的地方在于RF电路使用的高精度电阻和电容，特别是C0G电容。不同厂家的高精度陶瓷电容的寄生参数有着非常大的差异，如果使用不同厂家的产品，将可能导致已经匹配好的信道等效阻执产生变化，从而降低整个RF接收电路的性能。        容易被人忽略的是对汽车电子芯片供应商的管理，每个汽车电子企业都需要花大精力去执行好这项工作。如果在这个环节没有做好，随着半导体产业波动的加剧，将在芯片成本和供货期上出现大的麻烦，在极端时能不能购买到芯片都是一个问题。这是由于汽车电子芯片企业都将每年有多少用量作为评估客户的关键指标，不同的用量，单片价格、技术支持和合作方式都是不同的。汽车电子企业的芯片需求量又直接取决于整车企业对模块的需求数量，而车型的销售情况决定模块的使用量。因此，在本土的汽车电子元器件产业发展起来以前，汽车电子企业将继续孤独地前行很长一段时间。 模块中地线的策略        汽车电子中非常重要的工作是对地线和电源的处理，这是因为它具有几种不同电平的电压，并且这个电平还在不断波动中;同时它有很多电感性的负载，并且在某些时候会不断地开关。在汽车电子模块上是不存在真正的地线的，一般把信号的回流路径和对应的参考电压平面作为模块的地线，这个地线通过比较低的阻抗连接至蓄电池的负极和整个大地的平面。        典型的模块系统图的结构如下图所示，模块外部存在弱小的传感器信号、普通的小电流的信号、大电流的输出驱动和大电流的感性负载驱动。对于低边驱动，信号的返回路径都是通过模块的地线返回的;高边开关则是通过模块的电源抽取电流的，根据这些特点将电路进行基本分组。          从整车企业的角度考虑，设计线束时可以提供给模块一个或者多个地线引脚，不同的引脚各自有一段不同的返回路径，但最后都通过整车的搭铁路径返回电池的负极，因此对于这两种不同的处理，可以进行进一步的分析。        1)模块只有一个地线引脚:通常采用模块PCB 完整铺地平面的做法，并直接连接在地线引脚上，只是把大的感性负载的返回路径独立出来，并且通过一定的连接处理后与整个地平面连接。这种做法保证了整个模块内部的地线回路电阻较低，但是需要在细节上进行考虑，特别是微弱信号的抗干扰问题。        2)模块有超过两个地线引脚:如果有超过两个地线引脚，并且可通过外部的连接保证地平面的统一，那么有一点潜在的需求是必须要注意的。通常要求模块在某根地线引脚未连接时不能损坏，这意味着模块内部地线也需要保持一定的连接处理。在外部地线单根地线引脚脱开时，不当的内部设计可能会导致模块出现部分地线遗失，以至于功能缺失的情况。        在模块设计处理中注意不能产生接地回路的环流。由于电路的非平衡性，地环路电流会导致产生对电路造成影响的差模干扰电压。避免这种情况的办法是:保证地线的接地位置必须相同。 地线策略设计目标        论及这个话题，作者参考了不少文献的叙述，其中以武晔卿前辈在他的博文《电子技术的老生常谈--接地》的论述最为精简和通俗。简而言之，在模块中指定地线的策略主要目的是为了防止不同的电路之间产生干扰导致某些功能的异常，对于模块的地线策略的目标主要是实现以下两点:低阻抗回流路径和地稳定，如下图所示          1.低阻抗回流路径        不同的电路中有不同频率、不同电流和不同类型的信号，从信号源供电开始到处理电路内部，最后通过地线回流。为了保证电路接收到的信导符合要求，必须给每个信号予以较低的阻抗回流路径。在实际中，由于各种元器件晶圆至封装引脚、印制电路板连线、导通孔和其他连接导体，都存在一定的寄生感抗和其他非理想的寄生参数，因此信号在低顿的情况和高频的情况完全不同。在前面的介绍中分析了电路板走线的电阻，需要注意电阻与阻抗这两个不同的概念。        电阻指的是在直流状态(频率为0Hz)下导体对电流是现的阻抗;而阻抗指的是交流状态(频率较为丰富)下导体对电流的阻抗。走线阻抗主要是由它本身的寄生电感引起的，因此这里需要以阻抗的概念去思考问题、对于较高频率的信号予以高度重视。        2.地稳定        模块的负载如果是感性负载，特别是类似较大电感的直流电动机或者在功能上有堵转的电动机(门锁电动机)，在关断瞬间存在着很大的浪涌电压，在设计中会加入TVS等环节作为低阻抗的路径。但更为重要的是，整个地平面也必须是低阻抗路径，将电压浪涌的能量进行充分吸收，地平面的阻抗要足够小，以至于尖峰电流通过时不会产生很大的电压干扰。换言之，如果地线作为参考电平，在这种情况下有很大的波动，即使供电电源稳定，整个芯片的电压也会随之产生剧烈的波动。        由于在整车系统中线束布置复杂性的限制，通常会使用很长的电缆连接模块，并且模块的很多负载和开关都是通过不同的返回路径连接的，因此无法考虑整个信号的返回路径，甚至无法控制模块的地线引脚输出以后的连接是高阻抗回路还是足够的低阻抗。因此对于汽车电子模块而言，仅仅专注于内部的电路板级的地线处理是不够的，整个地线策略需要围绕着每块功能电路的低阻抗和模块的地线稳定这两个目标展开。        如果地线布置不合理，不满足以上两个要求，就会出现地线干扰的问题。这部分一般可分为两种典型的情况:共地阻抗耦合干扰和地环路干扰。        1)共地阻抗耦合干扰:狭义而言，共地阻抗耦合干扰是指不同信号类型和大小的电流都经过同一条回流路径返回至一个出口，在返回路径上形成相互干扰。如下图所示，即使为不同的信号设计几条回流路径，假定初始的阻抗都是一样的，那么也会因为电流的大小不一致使得大电流从这几条路径上同时经过，进而引起敏感信号的地电位抬高。如果是开关性大感性负载的瞬时电流在敏感信号返回路径上回流，那么在单片机采样时获取的电压就远远偏离了真实的电压，从而引起很大的误差，这对整个模块的功能而言可能是灾难性的效果。        2)地环路干扰:同样的，如下图所示，在其中一块电路受到共地阻抗耦合干扰的影响时，电阻的不平衡性使得不同的走线电流不同，每个地线上会产生电位差。如果两块电路之间存在信号连接，信号之间由于地线间的电压差会产生额外的差模电压误差，造成电平的不兼容等影响。        解决地线问题的首要步骤就是进行电路的回流路径的区分，根据电路的功能、信号的特征区分出工作数字地、工作模拟地、工作功率地和工作噪声地4种不同的回流路径。          1)工作数字地:是数字逻辑信号的返回路径，包括单片机逻辑信号、时钟信号和通信总线的返回路径，其工作频率高，会产生一定的地弹噪声。        2)工作模拟地:是敏感信号和小信号的返回路径，包括弱信号检测电路、传感器输人电路、前级放大电路和单片机模拟电源等。这些信号的特点是电压低、信号幅度弱并且幅值代表信号的大部分信息，特别容易受到干扰而失效或降级。        3)工作功率地:是大功率信号的地线，包括大功率输出的电路，工作电流都比较大，容易在地线上产生一些压降和干扰。        4)工作噪声地:包括电机、继电器和电磁阀等感性负载，在开关时会产生火花或冲击电流，会在地线上耦合产生严重的干扰。除了要采取抑制、屏蔽和隔离技术外，地线必须和其他工作地线分开设置。        将它们进行划分以后，再来考虑每个部分的连接问题， 地之间的连接处理        根据经验法则，在高密度和高频率的场合通常使用4层板，就EMC而言，4层板比2层板好20dB以上。在4层板的条件下，往往可以使用一个完整的地平面和完整的电源平面，只需要将分成几组的电路的地线与地平面连接，并且将工作噪声特别处理。        从各个电路的地线连接到地平面可以采取很多做法，包括:        1)单点接地:所有电路的地线接到地线平面的同一点，分为串联单点接地和并联单点接地两种。        2)多点接地:所有电路的地线就近接地，地线很短，适合高频接地。        3)混合接地:将单点接地和多点接地混合使用。        在低频率、小功率和相同电源层之间，单点接地是最为适宜的，通常应用于模拟电路之中。这里一般采用星形方式进行连接，降低了可能存在的串联阻抗的影响，如下图所示。高频率的数字电路就需要并联接地了，在这里一般通过地孔的方式进行较为简单的处理，如下图所示。一般所有的模块都会综合使用两种接地方式，采用混合接地的方式完成电路地线与地平面的连接，如图所示。          如果不选择使用整个平面作为公共的地线，比如模块本身有两个地线时，就需要对地平面进行分割，这往往与电源平面有相互作用。需要注意以下几点原则:        1)将各个平面对齐处理，避免无关的电源平面和地平面之间的重叠，否则将导致所有的地平面分割失效，彼此之间产生干扰。        2)在高频的情况下，层间通过电路板寄生电容会产生耦合。        3)在地平面之间(如数字地平面和模拟地平面)的信号线使用地桥进行连接，并且通过就近的通孔配置最近的返回路径，如图所示。          4)避免在隔离的地平面附近走时钟线等高频走线，可避免引起不必要的辐射        5)对于导通孔密集的区域，要注意避免孔在电源和地层的挖空区域相互连接，若这些挖空区域相互连接会形成对地线层的分割，从而破坏地线层的完整性，导致信号线在地层的回路面积增大。        6)信号线与其回路构成的环面积应尽可能小，也被称为环路最小规则。环面积越小，对外的辐射越少，接收外界的干扰也越小。在地平面分割和信号走线时，要考虑到地平面与重要信号走线的分布，防止由于地平面开槽等带来的问题。        对于电源平面的处理与地平面是类似的，需要注意边缘效应的控制:由于电源层与地层之间的电场是变化的，在板的边缘会向外辐射电磁干扰。为了解决这个问题可将电源层内缩、使电场仅在接地层的范围内传导。以一个宽度H为单位，内缩20H则可将70%的电场限制在接地边沿内:内缩100H则可以达到98%，如下图所示。          由于敏感地和干扰地的存在，一旦出现了地平面分割的情况，它们之间的连接方法是非常重要的。参考武晔卿的文章的一些做法，这里进行一些整理，可以采用走线、电阻、电容、电感和磁珠等元器件进行连接，如下图所示。          1)地间电路板普通走线连接:使用这种方法可以保证在两个地线之间可靠的低阻抗导通，但仅限于中低频信号电路地之间的接法。        2)地间大电阻连接:大电阻的特点是一旦电阻两端出现压差，就会产生很弱的导通电流，把地线上电荷泄放掉之后，最终实现两端的压差为零。        3)地间电容连接:电容的特性是直流截止和交流导通，应用于浮地系统中。        4)地间磁珠连接:磁珠等同于一个随频率变化的电阻，它表现的是电阻特性，应用于快速小电流波动的弱信号的地与地之间。        5)地间电感连接:电感具有抑制电路状态变化的特性，可以削峰填谷，通常应用于两个有较大电流波动的地与地之间。        6)地间小电阻连接:小电阻增加了一个阻尼，可阻碍电流快速变化的过冲;在电流变化时，使冲击电流上升沿变缓。        在汽车电子中，常用不小于1kΩ的电阻连接模块的地和功率干扰地，并且通过分压电阻测量地偏移。

回复了主题帖： 《汽车电子硬件设计》第七章 汽车电子输入电路

娃娃186 发表于 2025-3-29 21:09 需要注意的是，从插头和插座的方向来看，两者的视图角度不一样，引脚排列顺序也不一样。特别是压接法的插针 ... 我认为是因为插头和插座如果没有防呆设计的话，在两侧看的话引脚顺序是不一样的，尤其是那种绿端子的设计，需要格外的注意引脚顺序。没有初始引脚可能是每个引脚都一样，没有很容易的区别方式。

回复了主题帖： 《汽车电子硬件设计》第六章低压电源设计

娃娃186 发表于 2025-3-29 21:13 低压转换电路主要实现12V电压至5V电压的转换，也是整个电路的核心。这个怎么转换呢？谢谢 这个在本书的其他章节有讲到，我没有分享出来。有转换的核心--低压稳压器小节，这一小节有提到。

回复了主题帖： 《汽车电子硬件设计》第八章 汽车电子输出电路、第九章继电器驱动电路

qwqwqw2088 发表于 2025-3-30 08:40 电磁继电器线圈的参数介绍的还不少 看来《汽车电子硬件设计》是本好书 是啊，虽然书名是《汽车电子硬件设计》，但是有很多的电子知识都是通用的，介绍的不比一般电子硬件设计书籍差。可以用来深入了解电子原件的参考书籍。

发表了主题帖： 《汽车电子硬件设计》第十章汽车电子主控单元设计

       本章主要讲述的是汽车电子主控单元的设计，也是模块设计的最后一个部分。主控单元在汽车电子中相当于是大脑的存在，汽车的很多功能都是通过主控单元控制各个模块实现的。与其他电子系统不一样的是，汽车电子的主控单元不止一个。在汽车各个部件中都有可能存在一个主控单元，该主控单元与一个或多个其他主控单元进行通信，实现一个或多个功能。所有的主控单元通过各种通讯方式组成一张巨大的“网络”，它们稳定有序的运行着各个的功能。        在电子模块中，主控单元和通信芯片是两个非常重要的组成部分。随着汽车内部的电子模块越来越多，汽车中的主控单元也越来越多，通信的协议和方式也在不断发展变化，车载网络已经成为传递车内复杂数据必须具备的技术。        汽车电子中应用的单片机，按照总线位数可分为4位、8位、16位、32位和64位。目前使用较为广泛的有8位、16位和32位的单片机。之前我也认为总线位数越高那它的市场占有率也非常高的，学习和使用它的人也都是追求高位数的单片机学习。但是在工作一段时间后发现低位数的单片机，如8位单片机的市场占有率也是非常可观的。并不是所有用到单片机的地方都用高位数的单片机，而是根据其实现的功能和需要的端口数量选择合适的位数单片机。我在学习单片机的时候也是先学习8位的单片机，选完之后发现要学习32位的单片机，而且32位的单片机和8位的单片机大多数的芯片都是不通用的，即8位单片机的代码和32位单片机的代码风格不一样，所以也怀疑为何不直接学习32位的单片机，而且32位的单片机功能那么的强大。不过现在也有很多的厂商开始研发和32位单片机代码风格一样的8位单片机。        1)8位单片机:应用于低端市场的单片机，其特点是处理速度较慢、成本较低消耗功率低。在汽车中，主要应用于车身控制器、车门控制、座椅控制、空调控制刮水器控制、车窗控制、胎压传感接收器等比较简单的电子模块。随着芯片技术的发展，其内部的处理速度也在不断提高，闪存的容量增加，引脚数和封装较为灵活，占据了一部分低端应用市场。不过随着汽车电子模块整体的集成化和平台化应用越来越广泛，电子控制的大部分功能都被集成在集成化电子模块中。8位单片机的另一种延续使用是被集成在专用的传感器和ASIC芯片中，作为智能化芯片的一个核。        2)16位单片机:比8位单片机的处理速度有了明显的提高，当然功耗也大很多。它一般用于控制较为复杂的电子模块，主要应用于复杂的车身控制器、离合器控制、电子制动、电子式动力方向盘和电子式涡轮系统等动力和传动系统的电子控制中。由于8位单片机的速度提升以及32单片机的价格不断降低，从目前的发展态势来说，16位单片机只能依靠过去平台的延续，而慢慢成为过渡时期的产品。        3)32位单片机:是目前主流的处理芯片，具有非常快的速度，适用于需要较高智能、运算性能、实时性能的电子模块中，其应用领域不断在提升，特别是随着产量的不断提高，其成本甚至比大部分的16位单片机都要便宜不少。在汽车电子领域主要用于动力控制、自适应巡航控制、驾驶辅助系统、电子稳定程序等安全和功能复杂的传动系统，以及多媒体信息系统、安全系统和引擎控制等复杂的电子模块。32位单片机能够处理复杂的运算，拥有强大的控制功能，是车用电子系统主控处理单元的核心角色，在越来越强调网络和诊断功能的现代汽车电子中逐渐成为主流。自从金融危机以后，32位单片机的成本在不断地往下降，这是由于AECQ的认证完成和相关实验验证的结果，使大量的产品开始投产，这场来自其他应用领域的变革，最终将使得32位单片机在汽车电子领域占据统治地位。        概括而言，汽车电子的单片机应用态势为:32位单片机将成为汽车电子模块中的功能实现单元，而8位单片机凭借低功耗和不断提高的处理速度作为辅助使用和低成本的方案。汽车电于的环境本来就是非常恶劣的，并且由于单片机是整个模块的处理核心，因此对于单片机有着非常高的可靠性要求，能够提供汽车等级的单片机的供应商也是较为有限的、主要有以下几家;瑞萨电子(Renesas)、恩智浦(NXP)、英飞凌（Infineon）、意法半导体(STMicroelectronics)、微芯科技(MicroChip)和德州仪器(TI)。在2020年，整个单片机市场的占有率如图所示          汽车应用的片上集成要求与其他应用领域有着很大的区别，面向汽车应用市场的供应商会针对特殊要求而专门设计和优化汽车级的处理器。目前而言，汽车电子零部件厂商往往与单片机供应商建立战略联盟关系，以获取稳定的合作关系。通过信息的共享较为同步地规划单片机产品的发展，使得在满足汽车电子模块功能发展的同时，整个开发的工作量大大降低，这点对于平衡不断变化的消费者需求、快速发展的半导体技术和稳定的产品质量这三者的关系是极为重要的。        汽车电子零部件厂商在开发过程中，往往对单片机的选用非常慎重，这种选择受多种因素的影响。常用的选择标准包括芯片的AECQ100认证、硬件因素和软件因素。其中AECQ的认证是使用芯片的先决条件。基于软件因素的考虑，选用单片机时一般都是在若干个单片机与开发平台的供应商之间进行筛选，并且以平台化的开发模式为首要考虑因素。         硬件因素见表，可概括为片上的存储资源、片上的硬件资源、单片机的性能、通信功能、其他功能、价格和功耗、综合分析等因素。            1)片上的存储资源:包括ROM、RAM、EEPROM和闪存(Flash)的大小，主要由软件工程师和系统工程师一起估计程序容量。EEPROM和闪存是较为关键的部件，前者用来存储较少量的关键数据，在诊断中应用较多;后者用来存储模块可能用到的大量的查找表，某些时候进行标定并需要在现场更新。如引擎控制系统所用的查找表就包含来自各种控制组件的数万个校准点，在汽车使用一段时间后，需要在维护时调整某些校准点，这对闪存的要求较高。        2)片上的硬件资源:主要包括I/0口、A/D口和PWM口的数量以及A/D口的精度。这些参数将直接决定单片机的封装，因此需要慎重分析模块的需求。特别是电子控制模块中有大量的传感器反馈信号时，A/D口的精度和数量是非常关键的指标。        3)单片机的性能:执行程序的时间如最小运算时间，还有其他的软件功能如定时器数量和中断数量。        4)通信功能:大部分单片机都要求集成某些通信网络的收发器，这可分为内部总线和外部总线。比如面向模块外的CAN和LIN接口以及面向内部的SPI和I2C接口，这样有助于分布式系统中处理器间的通信。当然汽车目前的通信网络协议有所不同，因此需要从数量和种类两个角度去满足模块的要求。        5)其他功能:工作电压兼容、复位(RESET)的种类和是否集成硬件看门狗等具体的、特殊的要求，往往要在需求分析时就整理清楚        6)价格和功耗:需要分析单片机的各种低功耗模式的功耗数值，从不同的工作模式去分析模块的需求，以满足静态电流和工作电流的要求。        7)综合分析:根据以上的这些内容需要进行综合性的评估，以帮助设计人员选择最合适的单片机，需要从成本和上面列举的因素去综合考虑。         在填写表格时，需要把以下的几个问题也作为选择的一些原则。        1)供应期的长短。由于汽车的生命周期较长，模块通常有着较长时间维修和服务的需求、单片机供应商需要对单片机做出长达10-15年的供应承诺，这对MCU的供应商应是一种硬性的要求。        2)使用率的问题。ROM、RAM、EEPROM 和闪存的使用率不能高于80%，这是因为后期可能会在平台中加入新功能或额外一些内容。        3)产品的兼容性。需要确认单片机的体系中是否有下一代同类型单片机，是否与原产品有相同的封装和引脚排列。       4)单片机的汽车电子领域的使用历史确认。MCU在本公司内部已完成开发的产品中是否有应用的先例，并且了解该款MCU在其他汽车电子产品中的使用情况。在设计验证阶段，保证单片机产品已正式投产。       5)数据保存单元的寿命确认。闪存/EEPROM 可擦写的次数对应的数据保存时间是否满足产品对使用时间的要求。        硬件工程师在做成本技术优化时，希望更换不同供应商的类似的产品。这里面往往有较大的价格差异，比如日本供应商的同等资源单片机价格往往比欧美厂商低很多，但是这一点对于软件工程师来说是灾难性的。这是因为还需要考虑单片机涉及的软件因素，包括软件开发工具的质量及软件组件的可用性。在某些企业内，由于有着完整的驱动库和其他的资源，往往不倾向于更改单片机的开发平台。 单片机的输入/输出口        单片机通过输入/输出(I/O)口来实现对外部设备进行检测和控制，对硬件工程师来说，了解单片机的输入/输出口是非常必要的。单片机的I/O口根据功能不同可分为以下几种类型。        1)并行总线I/O:主要用于外部扩展和扩充并行存储器芯片或并行I/O芯片等，包括数据总线、地址总线和读/写控制信号。        2)通用数字I/O:用于外部电路逻辑信号的输入和输出控制。在一般的单片机系统中，这类端口的应用最为广泛。       3)片内功能单元的I/O:如内部定时器/计数器的计数脉冲输入、外部中断事件的输入等。       4)总线I/O:用于系统之间或与采用专用串行通信协议外围芯片之间的连接和数据交换，如I2C串行接口、SPI串行接口、CAN 通信接口和 LIN 通信接口等。       5)特殊功能接口:一些单片机还在片内集成了某些专用的模拟或数字I/O口，如D/A输出端口、PWM 端口和 XGATE 等其他特殊接口。         由于单片机功耗和封装的限制，I/O口的数量是有限的，因此单片机都采用端口复用技术来保持其使用的灵活性。端口复用即单个I/O端口既可以作为通用的数字I/O增口使用，也可以作为完成某项功能的专用接口，可根据实际需要对这些端口进行配置以获取所需要的功能。以HC12S系列单片机为例，通用输入/输出口的结构如图所示   数字接口输出口驱动能力       在集成电路中，有扇入系数和扇出系数两个概念。        1)扇入系数是指门电路允许的输入端数目。TTL电路由于需要一定的静态电流，一般扇入系数为1~5。CMOS电路由于栅极电流较小，一般不考虑这个参数。        2)扇出系数是指一个门的输出端所驱动同类型门的个数，或称负载能力。在TTL电路的定义中，NO=lOLMAX/IILMAX，其中，lOLMAX为门电路的最大允许灌电流，IILMAX是负载门灌入本级的电流。TTL电路的扇出系数为8~10，CMOS电路的扇出系数可达20~25。        单片机也是一种CMOS电路，其I/O口已经过一定的优化，一般可以配置成可输出不同等级电流的模式，从整体而言所有的电流也具有一定的电流限制。单片机的I/O口在输出时电路结构和对应的模型如图所示          随着电流的增大，输出口在驱动过程中不管是输出电流还是灌入电流，在内部MOSFET的内阻上产生的压降也越大。限制单个输出口的能力的不仅是电平的匹配问题，还有整个单片机的散热问题，这是由于单片机将承受压降的功耗。通常得到的压降数据是一般情况下的压降，实际输出口的压降和电流如图所示，可以发现内阻有一定的变化。         为了计算的方便，选择最大压降/最大电流作为最坏情况的内阻，计算公式为:RDSON=VDROP/lOH和 RDSON =VDROP/IOL，以计算实际的电流输出能力。一般的单片机需要计算强、中、弱3种模式下的内阻，以调整不同输出引脚的电流，保证整体的单片机的功耗处于稳定的状态。如果选择错误的模式，有可能会造成电平不匹配或者是其他故障。 单片机功耗分析       单片机的功耗是需要进行计算和控制的，特别是在高温下单片机的功耗是一个特别重要的参数。单片机的功耗与其工作状态有关，在核算时一般需要按照最坏的情况去估计。       通常将单片机的功耗按照下面的方法进行划分       (1)内部总线运行的功耗            这与单片机工作的总线频率有关，有两种计算办法。           1)给定在固定频率和不同配置下的单片机的电流，计算内部功耗。这个计算需要依靠数据表进行，在单片机的数据手册中往往有相应的测试数据。以Freescale 单片机为例，在端口中可复用6种不同的信号类型，然后根据不同配置下的电流进行运算,当然大部分供应商并不会给出这个数据。            ATD/ECT/I2C/PWM/SPI/SCI/CAN/XGATE;           ATD/ECT/ I2C /PWM/SPI/SCI/CAN;          ATD/ECT/ I2C /PWM/SPI/SCI;          ATD/ECT/ I2C /PWM/SPI;          ATD/ECT/ I2C /PWM;          ATD/ECT/ I2C。          2)可以通过最大频率下的电流进行计算，假定电流随着总线频率的变化也是线性变化的。首先取得不使用PLL时的电流IIN1，然后取得最大频率下FMAX的IMAX，通过线性化可以得到不同频率下的电流:            得到内部功耗为            注意PLL的频率是总线频率的两倍:            (2)输入/输出端口的功耗                 输入/输出端口包括数字输出口、数字/模拟输入口两部分。                 数字输出口的功耗。按照表格中的数据得出内部的RDson，可计算出输出高电平和输出低电平在内部的功耗。                输人口的功耗一般不大，通常与泄漏电流和输人电压有关。但是很多的设计会存在一定的注入电流，此时钳位二极管处于工作状态。因此输入口的功耗分成两部分            单片机的所有功耗由两部分功率相加而成:PMCU=PINT+PI+Po，通过单片机的热阻可以进行初步的热分析:   模/数转换过程的误差          在设计过程中，可能使用独立的或者单片机内置的模/数转换通道，对于模/数转换中的一些性能和参数，在这里首先做一个完整的定义和说明。          1）分辨率:经过采样得到的数字量最小间隔所对应的模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n的比值。分辨率可以采用若干不同的方式表达，最常见的是最低有效位(LSB)，它是指所有位中最小的值或权值。其他的可以用如下表中所列的一些单位表示，其中包括位数、满刻度最大数值、满刻度百万分之一(ppm)、满刻度百分比、满刻度(dB)和满刻度最小电压等。              很多人把分辨率等同于精度，这是一个错误的概念。实际上分辨率就如同一把尺子的最小刻度，但不代表测量精度就是最小分辨率，这是因为本身尺子上面可能有磨损。正确衡量采集的系统误差一般有以下几个参数:偏移误差、增益误差、量化误差、微分非线性和积分非线性。          模/数转换器的传输特性本身也是对采集的电压进行线性化的过程。线性化的过程中产生的误差一般可称为线性误差，它是指模/数转换器的实际传输特性与直线的最大偏差。整个传输特性可以用这个式子来表示:            式中，VSAMPLE是模拟电压信号;KAD是常数;GAD也是常数。          2)偏移误差:偏移误差会使传递函数或模拟输入电压与对应数值输出数字量间存在一个固定的偏移。偏移误差是实际数值KAD与理想数值(通常为零)之间的偏移量;由于单片机内部 A/D 通道都是单电源供电的，因此偏移误差和零误差是相同的。          3)增益误差:预估传递函数和实际斜率的差别，增益误差通常在模/数转换器最末或最后一个传输数字量转换点计算。增益误差是实际数值GAD与其理想数值之间的差值,通常表示为两者之间的百分比差，在满刻度时被定义为对总误差的增益误差贡献。          当然即使在偏移误差和增益误差都为零的情况下，也会存在量化误差，量化误差是系统性的，它决定与通道的实际分辨率。          4）量化误差:由模/数转换器的实际分辨率而引起的误差，实际分辨率的阶梯状转移特性曲线与理想的模/数转换器的转移特性曲线之间的最大偏差。通常是1个或半个最小数字量的模拟变化量，可表示为1LSB、1/2LSB。          下图中3个图形比较清晰地阐释了这种关系，以有限的数字量描述无限的模拟量肯定存在偏差，这就是量化误差。而在整个量程中，传递函数的起始误差成为偏移误差，传输特性斜率上的误差成为增益误差。但是这种描述的方法是有一定缺陷的，因为它并没有给出整个系统中某个采样点的误差到底是多少，为此引入微分非线性和积分非线性的概念来表述这个误差。            5)微分非线性(DNL):在理想的情况下，模/数转换器的相邻两个数据之间，模拟量的差值都是一样的。在数字编码中的1LSB变化对应于模拟信号的严格的1LSB变化。模/数转换器从一个数字转换到下一个数字应该有严格的1LSB模拟输入的变化。实际的器件中，相邻两刻度之间并不都是等间距的。微分非线性就是用来描述相邻两刻度之间最大的差异的参数，在1LSB模拟信号的变化对应于数字变化大于或小于1LSB的地方，被称为微分非线性的误差。          6)积分非线性(INL):模/数转换在所有数值点上对应的模拟值和真实值之间最大误差点的误差值，也就是输出数值偏离线性最大的距离，单位是LSB。如下图所示，积分非线性是微分非线性误差的数学积分，具有良好的积分非线性，保证有良好的微分非线性。          微分非线性和积分非线性是指模拟量与数字量的转换与理想状态之间的差异。前者是数字量步距与理论步距之差，后者是所有数字量非线性误差的累计效应。对一个模/数转换通道来说，输人电压产生一个给定输出数字量，微分非线性为正时输入电压范围比理想的大，为负时输人电压范围比理想的要小。从整个输出数字量来看，每个输人电压数字量步距差异累积起来以后，和理想值相比会产生一个总差异，这个差异就是积分非线性。            因此把在模/数转换器内发生的错误，使用积分非线性的数值作为比特误差来表征整个模/数转换通道的误差。它包括积分非线性和量化误差两个数值。在Freescale单片机中，10位分辨率的通道，积分非线性是2.5，同时量化误差为0.5，因此可以得到整个比特误差为3LSB；8位分辨率的通道，积分非线性是1，同时量化误差为0.5，因此可以得到整个比特误差为1.5LSB。          在加上物理量转换成电压时的误差后，可以获取整个系统的两个精度:绝对精度和相对精度。          1)绝对精度是指在整个刻度范围内，采样所得的数字量与所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。          2)相对精度与绝对精度表示同一含义，用最大误差相对于满刻度百分比表示。          这两个概念是一定需要仔细确认的，否则会造成很多数据上的误解。 单片机内置 A/D 通道的使用注意事项          在使用单片机内置A/D通道的过程中，应关注以下的使用注意事项，否则将会对采样的精度造成严重的影响。          1.外部保护电路带来的干扰          首先考虑静态的误差分析，在模/数转换过程中，整个通道的泄漏电流由IL表征。它包括了整个输人等效电阻和保护二极管的漏电流，其范围在±1μA左右。在设计电路参数时，尽量考虑使输人的范围在参考电压范围以内，这样就可以省去考虑注入电流的问题。如果由于电压范围过大，在某些范围内超过了端口的输入电压范围，则需要考虑电压保护的方法。          1)验算单片机内部的钳位二极管的能力是否足够，一般规定二极管的最大注入电流为2.5mA，小于这个数值可以不考虑加入外部保护电路。          2)如果选择在外部添加稳压管进行保护，一定要使得稳压管的钳位电压相对较高，否则将导致在接近满量程时稳压管漏电流太大而使设计失误，如下图所示。          3)避免使用肖特基二极管进行保护，在高温、输入电压较小时，从VDD上注人的泄漏电流将成倍增加，在R1阻值较大时将会对系统精度产生很大的影响，如图所示            (2)滤波电容的选择和设计          在模拟通道的前端，通常需要加入滤波电容Cr，这个电容与源电压内阻构成了一个一阶的低通滤波器，起到滤除高阶噪声的作用，当然这仅是其作用之一。如下图所示为整个等效的模拟通道结构。在采样发生前，外部寄生电容Cp和输人电容CIN的电压为VIN，在采样时，整个源需要为输入缓冲器的电容CBUF与采样保持电容CSAMP充电，在RS较大的情况下，输人电压将会有一定程度的下降。可以使用能量守恒定律进行估算:            可以得到:            代入 Freescale 单片机提供的数据，CSAMP=12pF，CBUF=4pF，CIN=6pF，CP=5pF，可以发现电压只有原来的63%；而如果代入一个Cf=1nF的电容，则电压将会上升为原来的 99.2%。            当然电容的数值也个能太大，这是有原因的，如下图所示。当外部的输人电压变化ΔV时、由于模/数转换器内部电围和采样电容都较小，因此整个电压变化的充电时间就限制在滤波电容Cf上，计算公式如下：            一般采样时间为几个A/D采样周期，这里取4个时钟周期，因此可以计算采样频率下的误差。            (3)电压范围和电压之间的范围          单片机的模拟电压地VSSA、模拟电源VDDA、输人电压VIN、A/D参考地VRL和A/D参考电压的范围需求为: VSSA≤VRL≤VIN≤VRH≤VDDA。这是由内部的结构决定的,当某个输入通道为负电压且≤VSSA或电压太大且≥VDDA时，由于通道的钳位二极管保护引起的注入电流，将会对相邻的信道产生额外的泄漏电流，引起采样误差，如下图所示。  

发表了主题帖： 《汽车电子硬件设计》第八章 汽车电子输出电路、第九章继电器驱动电路

       上一章讲了输入电路，对应的就有输出电路。而继电器也是输出电路的一种，所以这两章一起分享。汽车电子执行机构的驱动是由模块完成的，这部分一般称为输出电路。汽车电子模块的输出电路主要分为两种:信号输出和功率输出。前者主要是通过小功率的晶体管实现;后者种类较多、较为常用的输出电路分为功率晶体管、智能功率开关和电磁继电器等，特别是后两种尤为常见。          电磁继电器和智能功率开关是两种最为重要的功率控制开关。电磁继电器拥有载流量大、成本低的特点。它也有几个最为主要的缺点:             1)寿命。由于电磁继电器是通过衔铁吸合和断开触点进行通断工作的，因此触点端的寿命往往成为限制其使用的重要因素。             2)噪声。在汽车里面，乘员对噪声是非常敏感的，因此电磁继电器吸合、断开时的噪声也成为限制其在汽车电子中应用的重要因素。             3)不具备集成的能力，保护和诊断能力是其致命的缺陷。        传统继电器的断合声音确实是比较大的。如果寿命没有影响和数量不是太多的情况下感觉可以使用静音棉包裹一下以消除其噪声。但是寿命如果比较短的话那更换继电器的频率非常高或在汽车运行中继电器突然损坏的话是非常麻烦和危险的。所以新一代继电器——智能功率开关解决了这些问题。智能功率开关不仅能完成接通或切断一个负载的开关功能，也能提供现代汽车电子需要的安全保护等其他功能比如短路保护、过电压保护和诊断功能。        1)短路保护:采用智能功率开关可以有效地避免短路时出现烧毁开关、负载、线束或熔丝的现象。通过设置限定的电流值，可有效保护短路时驱动电路不会损坏。在发生过载时，开关还具有过热保护功能:当开关本身的温度超过某个界限时，将执行关闭输出的动作，并反馈诊断信号。        2)过电压保护:智能功率开关具有抗动态过电压的功能。在感性负载断开时，产生的浪涌电压经常会对智能功率开关有很大的干扰，在智能功率开关内部可通过动态齐纳管对瞬态产生的电压峰值进行错位，而大多数情况下无须采用TVS管单独进行保护。        3)诊断功能:智能功率开关能提供大部分诊断功能。诊断功能在系统维修和保证模块的可靠性方面占据着非常重要的地位、大部分整车厂都对固态开关有着详细的诊断功能规定。电子模块的内部诊断结果经过网络反馈输出，可以提供有关负载错误状态的数据，这样的操作大大简化了对模块进行故障诊断和定位的过程。   输出接口的短路保护        汽车电子的输出接口一般需要具备短路保护功能，需要承受短路电流且在切断短路电流后能恢复到正常工作的状态。根据输出接口的形式不同，通常分为低边开关输出、高边开关输出、恒定输出、继电器和电源传输等输出类型，不同的输出形式将会有不同的测试要求。各种输出接口类型详细的测试要求如下表          对于带熔断保护的输出端，应确保能承受短路电流且在更换熔丝后能恢复正常工作。熔断器结构和制造工艺简单且成本低廉，其工作原理遵循的是一个简单的功率与时间的关系，电流越大，熔断或开路时间越短。熔断器的功耗与通过熔断器的电流的二次方成正比，当功耗过高时，熔断器熔断。与电流的二次方成正比是因为功率与电流的二次方成正比。熔断器是一次性保护元件，一旦熔断必须进行替换才能保证功能的正常使用，因此通常将熔断器放在一起置于电气分配盒中,且置于容易检修的位置。当然也可在模块内部使用熔断器，不过这与设计线束布线有关，这些限制和保护功能增加了模块的成本和可制造的难度。对于无保护的输出端，可能会由于短路电流过大而引起端口损坏，这是设计时需要尽量避免的。        之后对上表中的各种输出类型进行详细的介绍：        1.固态输出(低边开关输出和高边开关输出)        由于短路实际上也不是完全没有等效阻抗的直连，因此短接回路也存在一定的阻抗。按照阻抗的大小划分可分为硬短路和软短路两种不同的形式。在AECQ100-12中把集成芯片本身所做的短路实验做了规定，如图所示          1)硬短路是指输出直接短路到地，短路的等效电阻为100~200mΩ。在AECQ实验中分为4种不同的测试状态:              引脚短路的情况:RSHORT=20mΩ并且LSHORT<lμH;              负载短路情况1:当短路电流ISHORT≤20A时，则RSHORT=110mΩ-RSUPPLY;              负载短路情况2:当短路电流在20A<ISHORT≤100A范围内时，则RSHORT=100mΩ并且 LSHORT =5μH:              负载短路情况3:当短路电流ISHORT>100A时，则RSHORT=50mΩ并且LSHORT=5μH。        2)软短路是指负载过大的情况，一般来说可定义为原有负载电阻的5%、10%、25%和 50%等不同等级。        硬短路使得固态开关快速地满足电流保护的条件，往往会快速关断。而软短路由于负载可能存在一定的冲击电流，使得开关只能通过热保护进行关断。    2.继电器和电源传输保护        对于继电器和熔断器来说，并不是通过阻抗来考虑电气负荷的，而是通过额定电流来进行测试，一般分为短时测试和较长时间测试。前者采用130%的负荷，后者一般负担200%的瞬时负荷。继电器保护分成内部和外部两部分:内部采用分流器电阻电流检测的方法进行，外部使用熔断器保护。     3.恒定输出保护        某些模块需要输出一个恒定的电压，这类输出通常通过稳压器来实现。对于恒定输出也需要比较多地考虑短路保护的问题。因此，电子模块往往并不允许使用低压稳压器向外供电，这会导致短路时整个功能的瘫痪，甚至逻辑电源的损坏。   智能功率器件        智能功率器件是将功率器件与传感器、检测电路、驱动电路、保护电路和故障自诊断电路等集成在一起的具有功率输出能力的新型元器件。这类器件的应用可以大大降低整个系统的复杂度，可以替外部电路来完成复杂的功率控制，被赋予智能的特征。智能功率器件具有欠电压保护、过电压保护、过电流保护、短路保护、热保护、输出电压过冲保护、瞬态电流限制、电路软启动和最大输入功率限制等保护性功能，它的应用将提高系统的稳定性与可靠性。        智能功率集成电路的种类很多，一般分为高边开关和低边开关，供应商主要有ST、英飞凌和 Freescale(现为NXP)公司，如下表          随着器件的发展，集成度越来越高。现在芯片的发展趋势是尽可能将所有的集成开关都配置在同一个芯片内，最为典型的就是车门模块驱动器。它可以完成除了汽车电动车窗外的其他所有模块的控制，典型的芯片有ST的L9950、L9953、L9954和英飞凌的 TLE8201。          智能功率开关大量应用在驱动汽车灯光的系统中，包括室外照明和室内照明。灯泡的功率配置每个车厂并不一样，典型的灯光系统的功率配置如上表，而实际的配置可以通过如下图获得一个较为清晰的认识。          LED车灯具有高亮度、可靠、耐久和节能等多个优势，但是对于其驱动芯片有着较为严格的要求。在国内市场，LED车灯已在汽车尾灯(如制动灯和车内门灯)中广泛采用，一些国外高级车型已经将其应用在前照灯中。在这一领域，英飞凌公司有BCR系列、基本LED系列(如TLE4240)，还有功率ED系列TLD5085;ST公司有VIPOWER系列的可驱动LED的高边开关。 功率开关的功耗分析        需要注意:灯泡的额定功率是在额定电压下获得的，随着电压的变化，额定电流也会存在一定的变化，并且功率存在一定的误差。下表将常见的不同功率规格的灯泡的额定电压罗列出来，这些数据对于运算将起到非常关键的作用。   继电器驱动电路        接下来对继电器驱动电路进行阅读分享。而继电器驱动电路是使用单独的一个章节进行讲述，可见其重要性。        电磁继电器广泛应用于汽车电子的各个领域中，如车身和娱乐电子系统(包括灯光、刮水器、电动门窗、预热、防盗、音响、通信和导航)的控制;汽车动力系统如起动控制、电喷、空调油泵;还有其他如安全气囊、防抱死制动、悬架控制以及汽车电子仪表和故障诊断等系统中。对于电磁继电器来说，汽车行业已成为最大的应用领域，其销售额约占全球电磁继电器和固态电磁继电器总销售额的21%，2006年全球汽车电磁继电器销售额约为9.2亿美元。当然现在电磁继电器的厂商也较多，主要供应商有博世、海拉、泰科、欧姆龙、松下、NEC和宏发。        汽车电磁继电器可分为插入式汽车电磁继电器和印制电路板式汽车电磁继电器两类。          1)插入式汽车电磁继电器主要装配在中央控制盒中配合线束使用，相对板载电磁继电器来说体积更大、载流更高、成本更高，但便于安装和更换。          2)板载电磁继电器大部分用于汽车电子模块中，与前者相比体积更小、载流较小、成本更低。传统的用板载电磁继电器切换的汽车电子模块，将有可能被新型的汽车电子电路解决方案所取代。设计人员需要了解模块的特点以及应用场合，在电磁继电器和智能功率开关中不断地寻找平衡。        电磁继电器由铁心、线圈、衔铁、触点簧片等组成，利用电流的磁场效应来闭合或断开电路。当电磁铁的绕组中有电流通过时，衔铁被电磁铁吸引，因而就改变了触点的状态。简单来说，可以将电磁继电器等效成一个电磁铁，通过对衔铁的控制可以闭合或断开一个或数个触点。如图所示，电磁继电器的模型可以分为线圈和触点两部分:线圈部分主要由等效电感和等效电阻组成，触点部分主要由等效电阻组成，两个部分通过线圈电流形成的磁场进行耦合。   电磁继电器参数分析  1.线圈的参数        电磁继电器线圈的参数主要包括电压参数和电流参数，两者可相互对应。电磁继电器线圈的电压参数有额定工作电压、吸合电压、维持电压、释放电压和最大连续施加电压等，这些电压参数在概念上比较容易混淆。在同一个时间上,3个重要的电压区别如图所示          1)额定工作电压:是指电磁继电器正常工作时线圈所需要的电压，这个电压一般为供应商对电磁继电器进行测试时的电压，也是人们认为电磁继电器处于正常工作时的电压条件;与之对应的还有额定工作电流和额定工作功率。        2)吸合电压:应保证电磁继电器触点吸合的最小线圈电压低于吸合电压，否则电磁继电器将无法产生吸合的动作。吸合电压的测试是将电压从小到大逐步增加来获取电压，和环境温度有很大的关系;与之对应的是吸合电流，即电磁继电器能够产生吸合动作的最小电流。由于电磁继电器吸合需要建立稳定的磁场，因此电磁继电器正常工作时的电流必须大于吸合电流。        3)维持电压:电磁继电器触点吸合后，电磁继电器保持触点吸合状态的线圈电压。由于建立磁场比维持磁场需要一定的额外的能量，一般对于电磁继电器来说，它还存在一个维持电压的参数，这个数值一般低于吸合电压但高于释放电压;与之对应的是维持电流，这是电磁继电器吸合后维持电磁继电器吸合状态下的最小电流。        4)释放电压:保证电磁继电器触点释放的最大线圈电压，这个值是通过电压从大到小逐步减小的测试而得到的。与之对应的是释放电流，即电磁继电器产生释放动作的最大电流。当电磁继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，电磁继电器就会恢复到未通电时的释放状态。需要注意的是，释放电流远远小于吸合电流，略小于维持电流。        5)最大连续施加电压:线圈上连续施加的电压保证电磁继电器线圈不损坏，由于线圈存在一定的等效电阻，即电磁继电器中线圈的直流电阻，因此当电压施加在上面时，会使线圈发热。当电压过高时，很容易给线圈端施加过高的温度应力，对线圈产生损坏。   2.触点的参数        相比较而言，电磁继电器触点的参数较少，电气参数主要有接触电阻、触点开关电压和电流、最大承载电流，时间参数相对较多。      (1)电气参数          1)接触电阻:指电磁继电器中触点接触后的电阻值。对于许多电磁继电器来说，接触电阻无穷大或者不稳定是最大的问题。          2)触点开关电压和电流:指电磁继电器允许加载的电压和电流。它决定了电磁继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏电磁继电器的触点。          3)最大承载电流:在不考虑温升的条件下，电磁继电器触点所能承受的最大电流，一般要大于触点开关电流。     (2)时间参数        电磁继电器触点的时间参数如下:       1)吸合时间:从最初线圈开始上电到触点开始闭合的时间，不包括触点反弹。       2)释放时间:从最初线圈掉电到最后触点断开的时间，不包括触点反弹。       3)设定时间:闭锁电磁继电器的工作时间。       4)复位时间:闭锁电磁继电器的释放时间。       5)触点反弹:在电磁继电器吸合或释放的过程中，移动金属和触点之间的碰撞，会产生间歇性开关的现象。       6)吸合反弹时间:工作时间之后的动态时间(间歇性开关)至反弹停止结束。       7)释放反弹时间:释放时间之后的动态时间(间歇性开关)至反弹停止结束。    3.其他参数        电磁继电器还有其他的一些参数，具体如下:         1)绝缘电阻:各隔离部分之间的电阻，包括电磁继电器的线圈和触点、断开触点之间、触点线圈和各个铁心之间。绝缘电阻随着时间的推移而下降，这是由于材料老化和逐渐积累的灰尘造成的。         2)击穿电压(介电强度):在短时间内加在电磁继电器上的最高电压(电磁继电器无损伤)，一般同绝缘电阻一起测试。         3)浪涌耐压:电磁继电器承受外界浪涌电压的能力。脉冲测试波形一般都是指定的，并规定上升时间、峰值和下降时间。         4)破坏性抗冲击性:在运输和安装过程中，电磁继电器所能承受的最大加速度。         5)功能抗冲击性:在工作期间，电磁继电器可以承受的最大加速度，期间不能使闭合的触点转换成断开状态超过指定的时间。         6)机械寿命:在正常条件(线圈电压、温度、湿度等)、触点无电流情况下，电磁继电器可以操作的最少次数。         7)电气寿命:在正常条件下，触点加负载后，电磁继电器可以操作的最少次数         8)最大开关频率:在不影响电气寿命和机械寿命的情况下，线圈端能加电压的最大频率         9)寿命曲线:用来估算特定的电压和电流条件下，电磁继电器所能达到的最小操作次数。      

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  个人信息无误，确认可以完成评测计划。

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Jacktang 发表于 2025-3-27 07:43 为什么还会出现用插接器颜色“防呆”不能阻止错误的发生呢 凡事都是会出意外的，也是为了更加安全考虑的。

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       本章主要讲的是汽车电子输入电路相关的知识。输入和输出电路是汽车电子的重要模块。输入主要是通过电压或电流获取汽车电子模块运行情况或者汽车外的状况等。输入也是分成数字信号和模拟信号这两种。数字信号可以分为电平、频率和占空比等。          1)高电平有效开关输人:指模块检测到低电平时，认为外部开关或者模块没有动作;模块检测到高电平时，认为外部信号有效并予以识别。        2)低电平有效开关输人:指模块检测到高电平时，认为外部开关或者模块没有动作;模块检测到低电平时，认为外部信号有效并予以识别。        两者的根本区别:高电平有效信号在整车布局时不需要接地，从熔丝盒引出电源接至一端后，另一端引出即可;低电平有效信号需要解决地线回路的问题，需设计两根线束。当然对于处理电路来说，前者需要一定的下拉电阻给开关配置合适的湿电流, 而后者采用的是上拉电阻。        模块间传递电平信号时与以上两类信号非常类似，不过由于输出端和输人都可能上拉或下拉、需要非常注意两个电路之间的匹配。        3)频率信号和PWM 信号:最为典型的就是车速信号，是数字传感器输出的信号。此类信号在处理过程中较为简单，但是由于在传递过程中可能存在耦合的干扰信号，因此需要注意滤波和处理。        4)模拟信号:从传感器输出的信号类型较多，有电阻型、电压型和电流型，处理传感器信号需要设计不同的信号调理电路，不过以转换为模拟电压信号的形式最为常见。对于模拟信号的读取来说，转换电路的精度是关键，如果出现精度过低导致错误结果是不可接受的。   输入/输出的规范化整理        每个人都有自己的习惯，但是在产品设计中，如果每个人都根据自己的习惯设计产品的话，若整个产品的设计是一个人负责还可以；但是一般都是多人去共同设计产品，尤其是那些更加细化的产品设计都根据自己的习惯去设计，那在合并大家设计时很容易出现问题。所以要有一个规范化的要求才可以，这也是第四章先讲规范化的原因了。输入/输出的规范化整理需要以下的文件：        1.模块引脚清单文件                   这是一份需要和整车企业协调的重要文件，也是会影响到很多方面的文件。在确认模块需要完成的功能后，通常会做出一份系统框图。根据这份系统框图，会确认模块完成的功能。完成功能定义以后，就需要确认连接的引脚内容和插接器的形式。这里将会验算每个插接器所有引脚的载流能力是否符合要求;然后在模块试布板以后，会考虑调整模块引脚的各个顺序，事实上为了最大化其EMC能力，引脚的顺序可能还需要在项目进行中调整，在模块引脚清单文件中进行定义和更新。        2.I/O 的功能框图                   为了设计方便，需要在功能框图以外，就所有的输入/输出功能进行仔细划分。往往在这个过程中，需要将输人信号的功能和基本分类进行清晰的标注，因此这份文件主要的作用是便于软件工程师了解不同的信号，而在原理图的制作中往往不方便标注中文，因此这是一份非常重要的内部文档。        3.I/O的结构框图                   与功能框图不同，对于硬件工程师需要了解的各方面，如各个信号的供电电源，单片机的引脚类型(数字或模拟)和信号的电流，结构框图提供了简单和清晰的说明与呈现，有助于对此进行系统化考虑。因此结构框图对于硬件工程师来说意义非常大，在后面会介绍其结构与绘制方法。          完成上述的文档以后，有几个注意事项需要再次确认和检查。             1)是否留有预留的信号处理电路?                        这是一个相当重要的问题，事实上模块的设计者经常需要处理一些意想不到的情况。在汽车电子中，一个项目需要应付一个平台的高、中、低3种配置，甚至需要覆盖不同的平台。这时，预留一定的输入/输出信号处理电路是非常有必要的。假如整车企业临时加人1~2个功能，这时只需要进行少量的软件调整而不是重新修改电路板,这将会节约大量的开发时间和一定的开发成本。              2)单片机和插接器是否可以扩展?                         事实上随着汽车电子化的快速发展，整车企业通常在新车上会有更多的信号应用需求，通过合理地预留单片机和插接器的接口数量，为以后的项目做一些铺垫，可以通过较少量的设计工作来达到新的开发目的。除了上面说的预留电路以外，也需要保证单片机有一定的空闲I/O数据口，对插接器来说也是一样的。这样做对某个项目的成本可能不是最优化的，但是对于企业的发展来说却是非常有益的，毕竟有很多不同的整车企业。              3)引脚顺序的变动程度和时间节点的选择如何?                          由于插接器的引脚顺序直接与整车线束的排列相关，因此在某个时间点需要对引脚顺序进行冻结。但是对于电路板布线的工程师来说，一旦冻结，后期就很难进行调整;这就需要在前期做样品时，就认真地考虑产品的EMC性能，尽量去优化引脚的排列顺序，否则在后期做设计验证时发现EMC指标过不了，再去分析引脚排列合理或不合理，会引起很大的麻烦。 插接器的选型和考虑        在汽车上有着大量的插接器，与电子模块相关的就有PCB插座和相对应的线束插头。插接器涉及整车线束布置、硬件选型、机构选型和生产工艺，因此对插接器的选择需要非常慎重。        1.插接器本身的特性                 模块插接器主要有3类参数:电气参数、机械性能和环境参数，需要选择满足模块要求的特性参数。                      (1)电气参数                                 电气参数包括额定电压、额定电流、接触电阻、绝缘电阻和抗电强度，这部分需要硬件工程师根据项目输人/输出口的信息予以确认。                                       1)额定电压:它是插接器的最高工作电压，在低于额定电压的情况下，插接器都能正常工作。这主要取决于所使用的绝缘材料和接触对之间的间距大小。                                       2)额定电流:它是插接器的最高工作电流，在低于额定电流的情况下，插接器都能正常工作。在电流流过接触对时，由于存在导体电阻和接触电阻，接触对将会发热如果设计或选择不合理导致发热超过一定极限时，插接器的绝缘将被破坏并造成接触对表面镀层的软化。因此需要限制额定电流，准确地来说就是限制插接器内部的温升不超过设计的规定值。在汽车电子模块中往往会使用多芯插接器，这时一定要考虑各个引脚的电流情况，并且对额定电流进行一定的降额使用，在大电流的场合更应引起重视。                                        3)接触电阻;接触电阻是指两个导体在接触部分产生的电阻，包括接触电阻和接触对导体电阻。通常接触对导体电阻较小，因此接触对导体电阻在很多技术规范中被称为接触电阻。在连接小信号的电路中，要注意给出的接触电阻的测试条件:接触表面会附着氧化层、油污或其他污染物，两接触件表面会产生膜层电阻。在膜层厚度增加时，电阻迅速增大成为不良导体。                                        4)绝缘电阻;绝缘电阻是指在插接器的绝缘部分施加电压，从而使绝缘部分的表面内或表面上产生漏电流而呈现出的电阻值。这主要受绝缘材料、温度、湿度、污损等因素的影响。插接器样本上提供的绝缘电阻值一般都是在标准大气压条件下的指标值，在某些环境条件下，绝缘电阻值会有不同程度的下降。                                        5)抗电强度:接触对的相互绝缘部分之间或绝缘部分与接地之间，在规定时间内所能承受的比额定电压更高而不产生击穿现象的临界电压。受接触对间距、爬电距离、几何形状，绝缘体材料、环境温度、湿度和大气压力的影响。            (2)机械性能                       机械性能包括机械寿命和插拔力两部分，通常由机械工程师进行选择。                                 1)机械寿命:以一次插人和一次拔出为一个循环，在规定的插拔循环后插接器能否正常完成其连接功能(如接触电阻值等参数)作为评判依据。                                 2)插拔力:是重要的机械性能，插拔力分为插入力和拔出力。插人力是指插头与插座配合时，欲插入所耗费的最大力量:拔出力是指插头与插座配合时，欲拔出所耗费的最小力量。通常而言要求插人力要小，而拔出力要大，否则会影响接触的可靠性。插接器的插拔力与机械寿命、接触件结构、接触部位镀层质量以及接触件排列尺寸精度有关。             (3)环境参数                         环境参数主要有环境温度、湿度、温度冲击、腐蚀环境、振动和冲击等。                                 1）环境温度:插接器的金属材料和绝缘材料决定着插接器的工作环境温度。高温会破坏绝缘材料，引起绝缘电阻和耐压性能降低;对金属而言高温可使接触对失去弹性，加速其氧化和发生镀层变质。                                 2)湿度:相对湿度大于80%，是引起电击穿的重要原因。潮湿环境可引起水蒸气在绝缘体表面的吸收和扩散，使绝缘电阻降低到MΩ级以下。长期处在高湿环境下会引起物理变形和分解。                                3)温度冲击;温度急变实验是模拟插接器设备以寒冷环境转人温暖环境的实际使用情况。温度急变可能使绝缘材料裂纹或起层。                               4)腐蚀环境:根据插接器的不同应用腐蚀环境，选用相应的金属材料、外部塑料、镀层结构的插接器，如在盐雾环境下使用的插接器，如果没有防腐的金属表面,会使其性能迅速恶化。                              5)振动和冲击:这是检验插接器机械结构的坚固性和电接触可靠性的重要指标。由于汽车内插接器的特殊性，需要按照以下的要求进行降额处理:                                         1)插接器使用的环境温度为额定最高使用环境温度减去25℃。                                         2)插接器使用的最高工作电压为其额定电压的70%。                                         3)插接器使用的最高工作电流为其额定电流的 70%        2.选择插接器                   由于插接器应用在多方面交叉的环境，因此它的选择流程需要取决于多个不同的方面，由硬件工程师和机械工程师一起确定，它的确定流程是较为复杂的。一般而言需要经过以下的步骤来正确选择插接器                        1)加工工艺工程师确认焊接或压接工艺:由于焊接和压接工艺有很大的区别，而且某些焊接工艺为丁防止氧化要求预镀锡，如果没有注意将会导致严重的可焊性问题焊接完成后可能造成气孔，如图7-2a所示。                         2)机械工程师确认插接器的机械特性和环境特性。这里可以介绍一个实例，是在选择某家韩国企业产品时没有注意选择防特别湿度的情况。这种疏忽导致了插接器的外壳材料在高温、高湿时碎裂了，这是因为插接器壳体内部含有PBT物质，当其处于玻璃转化温度以上的高温环境下，吸收了一定水分后，由于化学反应使得高分子水解成低分子，强度下降，导致了碎裂，如图7-2b所示。               3)硬件工程师确认插接器的电性能:在高电压时主要考虑绝缘性能，在低电压时主要考虑额定电流，这个步骤保证了单个插接器性能的符合性。需要确认多个插接器是否有不可互插性，需要进行多个插接器的“防呆”特性考虑，特别需要注意的是。由于安装时的困难，使用插接器颜色“防呆”不能阻止错误的发生。特别是当安装错误时会存在短路的可能，这将会严重地烧毁线束或其他产品，导致严重的隐患。             4)引脚顺序排列的问题。插接器的顺序需要根据印制电路板的连接进行不断调整，在不同的版本之间可能有不同程度的改变，因此只有在预布置以后才能确定插接器的顺序。在排布          插接器引脚的顺序时请注意以下的原则:               ①信号线和电源线分开接在不同的插接器上，大电流输出线与敏感的小功率信号线适度分离。在插接器上设置不同直径的引针会增加一定的成本，因此需要为信号线选择一个专门的插接器，为电源和功率输出选择另外一个插接器。                ②电源和地线、高边输出和低边输出的距离都不能小于5mm，不能在上下组间进行引脚配置。这是由于连接器引针在插拔过程中可能会引起一定的弯曲，有可能会导致短路。排布的顺序可以最大程度避免短路造成模块的烧发，如图所示                 ③空置引脚的处理应该考虑接地或者其他的方法。模块的插接器引脚不能处于悬空的状态，如果附近没有射频信号，则考虑接电源或者地平面;如果存在射信号，则考虑加入电阻和电容单元，防止干扰从悬空引脚上引人。         需要注意的是，从插头和插座的方向来看，两者的视图角度不一样，引脚排列顺序也不一样。特别是压接法的插针一般没有初始引脚，这时就非常容易出错。因此硬件工程师和机械工程师需要确认插座的排列顺序，经过软件转化后得到插头的引脚排列顺序，核对之后交由系统工程师发送图样给客户确认，这样才能避免错误的产生。          一定要注意插接器引脚顺序确定的时间节点:整车企业需要对样品进行装车实验是建立在确认线束的条件下的，因此插接器的引脚顺序往往到了某个时间点就需要进行冻结。这样必须要在前期就从顺序的合理性上进行长效估计，否则将给后期的电路板布局和布线带来非常大的限制。  

发表了主题帖： 《汽车电子硬件设计》第六章低压电源设计

      从第六章开始本书将汽车电子硬件设计分成几个大类的模块进行讲解，分别为低压电源设计、输入电路、输出电路、继电器驱动电路和主控单元设计等。使本书在讲解汽车电子硬件设计时显得更加层次分明。       我们知道汽车上的电源主要是汽车的电池包，为了能够驱动汽车的电机，所以电池包的电压是非常大的。但是汽车上的其他模块所需的电压是比较低的，和其他硬件模块一样，会需要5V或3.3V的电压。本章就是介绍如何将高的直流电转换成模块需要的低压直流电。首先是汽车车身控制器的系统构图         接着也给出典型12V至5V的转换电源电路结构图，如下图所示         该电路主要分为：防反接保护电路、浪涌抑制电路、电压监测电路和低压转换电路4个部分。         1.防反接保护电路                此部分电路主要是由于汽车电子模块必须具有防电源反接功能而设计的。在图中，防反接保护电路部分主要包含D1和功率电路反接保护电路。                D1逻辑电源的反接保护电路:这是最简单也是成本最低的方案，只适用于像逻辑电源这样所需电流不大的供电线上。                功率电路反接保护电路:如果模块存在较大的功率输出，则必须考虑采取反接保护电路，以保证模块的正常工作。        2.浪涌抑制电路              此部分电路主要抑制电源电压上的各种浪涌波形和静电。在图中，浪涌抑制电路部分主要包含C1、C2、VZ1、L1、RS、和Cf1。              C1和C2:这是两个防静电电容，由于电源线上的特殊需要，需要电容串联,防止单个电容短路引起供电线短路。              VZ1:浪涌电压抑制器，一般采用大功率的TVS 管(瞬态抑制二极管)或MOV管(压敏电阻)，它的主要作用是吸收能量较大的浪涌脉冲、如ISO 167中的5b脉冲和其他电源线上的正脉冲干扰。            L1共模电感，可限制逻辑电流变化的速度，以提高模块的电磁兼容特性,属于预先考虑的类型，可同时并联 0Ω 电阻，如不需要L1就焊接 0Ω 电阻。            RS：限流电阻，和Cn形成低频滤波环节，在某些场合下，可取代VZ1成为浪涌脉冲的抑制环节，此电阻的另一目的是防止模块上电时由于去耦电容过大引起二极管的损坏。           Cn:低频滤波电容，与RS配合使用，同时也起到了去耦电容的作用。      3.电压检测电路            汽车电源电压范围很宽，因此模块中对电压进行监测确认电压所处的状态是必须具备的功能。在图中，电压监测电路主要包含Rvd1、Rvd2、Cf4 和Cf2、Cf3。           Rvd1和Rvd2：电源电压监测的分压电阻，是模块实现电压管理最主要的元件,通过合适的分压比可覆盖整个电压范围，一般需要采用高精度电阻才能取得理想的效果。           Cf4：电压监测滤波电容，限制电源监测的采集带宽，滤除不必要的瞬态干扰。设计时需要考虑取值范围，在电压采集的速度与滤波截止频率间做权衡。           Cf2：去耦电容，一般采用大容量的电解电容，该电容的主要作用类似微型电池，在电压跌落时，起到电量缓冲的作用，           Cf3：高频旁路电容，一般采用贴片陶瓷电容，实现高频电压脉冲干扰的滤除，在某些场合可能需要使用两个不同封装、容值相差100倍的电容。     4.低压转换电路           低压转换电路主要实现12V电压至5V电压的转换，也是整个电路的核心。在图中，低压转换电路主要包括LDO和稳压管两部分。           LD0:电压变换的环节，将12V电压转换成5V 电压;LDO 还具有使能、看门狗重启等功能。           稳压管:LD0后的稳压管主要是防止模块在睡眠时注入5V 逻辑电平的电流过大，从而引起5V电压逻辑电平的上升，损坏逻辑芯片。采用该稳压管后对电压上升有了限制。 电源反接保护概述       反接电路根据保护元器的不同可以划分为二极管、NMOS管、PM0S管和维电器4种，如下图所示：         二极管反接保护电路:这是最基本的电路结构，成本最低。二极管的压降较大，一般为0.4~1.2V，并且流过二极管的电流要有限制，否则二极管可能过热。       NMOS管(N沟道场效应晶体管)反接保护电路:该电路的驱动是最复杂的，一般在电源端需要采用升压电路才能使NMOS管工作。在某些设计中，也可以将NMOS管放在地线回路中。       PMOS管(P沟道场效应晶体管)反接保护电路:由于工艺的原因，该电路有一个很大的缺点，即源漏极之间的耐压不够高，一般在30V左右。此电路的优点是，驱动较简单，控制较为方便。       继电器反接保护电路:继电器反接保护电路的应用范围非常广;其缺点也很明显，有一定的噪声且寿命受限制，在高温下对起动电压有一定的要求。         而反接保护电路根据其在电路中的位置，还可划分为3种方式，如上图所示       电源端的反接保护:在电源端进行反接保护可以有效地保护所有与模块电源线相连的元器件，包括逻辑电路、高边开关、NPN晶体管和继电器等元器件。在电电源端配置反接开关需要考虑所有流经电源的电流、电源的压降以及分析保护元器件本身的散热情况。一般采用二极管、PMOS管和继电器较多。        地线端的反接保护、在地线端进行反接保护存在一个校大的放点是容易造成更大的地偏移，特别是在电流较大的情况下，因此只有在经过精确计算得出结论后才可以使用电线端的反接保护，一般采用NMOS管。        单个输入/输出的反接保护：当功率单元较多时，统一在电源端或地端进行反接保护往往对元器件的导通电阻要求较高，而且由于会产生全局性的电压偏移，因此一种更为实用的配置就是，根据每个单独的输人/输出口配置二极管进行反接保护，这样可以降低元器件成本。 电源的静电和浪涌保护        因为汽车运行的环境非常复杂，再加上汽车运行会控制汽车电池的开关，通过线束传导会耦合至电子模块的电源端。对于能量脉冲而言，一般选择TVS和MOV。在下表中对TVS和 MOV做了深入的对比，可以发现:TVS反应速度快，长期特性好，适宜处理较快的电压脉冲干扰，但是旁路大能量脉冲的价格较贵;MOV价格便宜，适宜处理能量较大、速度较慢的波形。这两种抑制元器件都提供了一条快速泄放能量的低阻抗路径，通过它们可以实现对整个电源输入部分及后续元器件的保护。     防静电电容选择        防静电电容选择通过如下图的电容进行数值验算和分析         假定在静电瞬间，所有的电荷全部被静电电容吸收，如图所示，则可得到如下式子:         对于理想的电容来说，电容容值越小，电容上的电压越高。大容值的电容可以经受更为严酷的电压等级。       (1)电容的内部材质的影响                   对于实际的陶瓷电容来说，内部的材质对电容特性有很大的影响、也表现在防静电特性上。在同样的容值、同样的封装和同样的耐压值下，C0G的电容比X7R的电容能够承受更高的静电电压，并且由于C0G的静电容量稳定性更好，所以从长期设计的角度考虑用 COG 的电容。       (2)电容的封装                  电容的封装对直接放电的情况来说，并没有很大的影响。在相同的耐压值下，封装越大，电容能够达到的容量也越大。由于设计越来越趋于小型化，在减小尺寸的同时一定要考虑过小的尺寸是否会导致空气放电的失效。小于0603封装的电容由于两个电极之间距离过小，静电可能通过空气在电极之间放电。此时的静电电平要比内部电解质击穿的电压小。一般情况可选择0603的电容封装，面对苛刻的情况时，需要选择0805甚至是1206的封装。        (3)电容的直流耐压值                   从实验数据来说，直流耐压值从50V、100V到200V的增大对抵抗静电等级有很大的提升作用、但并不是简单的倍数关系。如表所列，数据引用自KEMET的测试数据，通过表格可折算出COG电容的瞬态击穿电压/直流耐压值可达10倍以上;X7R电容的该比例系数稍差，但也可以达到4倍以上。这样的测试结果与通常认为的电容瞬态能够承受的电压是电容额定工作电压的2.5倍这一结论有些出入，一方面是电容工艺改进的结果，另一方面是由于不同厂家的电容特性也有所不同。  

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个人信息无误，可以按时完成分析。

发表了主题帖： 《汽车电子硬件设计》第五章硬件设计可靠性预测分析

       在学习了汽车电子硬件元器件的相关知识和硬件设计的流程后就要开始进行硬件设计了。在设计前都会怕设计过程中遗漏一些细节而使最终的设计产品有非常大的缺陷。一旦产品设计出现问题，如果在批量生产前的开发阶段发现的话，还可以进行纠正。但是如果一旦在产品交付给顾客使用时发现的就会造成很严重的后果。而本章就是在讲如何在设计前规避这些问题。这也是第四章讲解规范流程中的一步。        对于硬件工程师而言，在完成一个产品设计时，需要考虑的问题如下          这些内容被作为一个模块强壮性的依据，换句话来说就是验证设计的“靠谱”程度。        本章中介绍的方法主要有可靠性预测、故障树分析、失效模式影响分析、最坏情况分析、潜在路径分析和模块热分析。          1)可靠性预测：对于电子模块而言，其可靠性是通过失效率或平均无失效时间等指标来表征的。可靠性预测的过程是从单个元器件的失效率计算开始，通过故障树分析与失效模式影响分析进行综合分析，可以获取各个产品功能的失效率，因此这部分工作内容是整个产品可靠性设计的基础。         2)故障树分析:该方法提供了一种直观的视图，即先根据电路图的连接将整个电路划分成各个子功能、然后分析各个子功能失效的原因。通过引用元器件的失效分布与失效率的参数，可得出每个子功能的失效率，故障树为失效模式影响分析提供了重要的依据。        3)失效模式影响分析;该方法为模块提供了完整的错误功能发生的原因与评估影响的方法。它的优势在于既为设计过程中的调试提供了指导，又为后期产品的监控分析与维修提供了依据。        4)最坏情况分析:可靠性分析不仅是计算评估无失效时间，而且还需要分析在最坏情况下的模块的各个功能，以此作为增强模块健壮性的手段。它在容差分析的基础上，保证电路在最恶劣的条件下依旧能够满足设计的要求。        5)潜在路径分析:汽车的储存时间和运输时间上存在很大的跨度，但客观上又无法把所有电子模块的静态功耗降至零状态，也无法将所有的熔丝全部去除，因此需要考虑不同电源之间的潜在侵人。同时，内部的一些潜在路径也会使电路出现某些预期不到的错误，这就需要通过计算机辅助完成对电路行为的检测，以保证其正常工作。        6)模块热分析:热损坏是很多电子模块特别是大功率应用模块最主要的失效因素之一，因此需要对每个电子元器件进行单独的热估算，后期再进行整个模块的热仿真，这是汽车电子模块设计中必要的环节。       在完成这些设计步骤以后，还需要执行两项内容。           1)实验验证:产品开发过程中前期的设计和分析，是建立在模型和数据之上的，这与实际的情况存在一定的差异;对设计约束和产品性能进行妥协和折中得到的指标，需要最后通过实验验证设计的有效性和合理性。电路在达到功能与性能要求之前，有一段时间的调试与摸底的过程，需要运用标准化的分析过程去规范整个实验的过程和整理实验结果。对于硬件工程师来说，这是最容易被忽略的内容，但恰恰是开发过程中最重要的一环。          2)电路模块化设计和错误总结:汽车电子模块的功能组成有很多部分是相似的对应的硬件结构和设计思想也是共通的。企业在设计了较多的项目以后，可以将某些具有共性的功能电路进行抽象形成模块化的设计内容，在不同的项目设计中根据不同的需求进行配置，这样做可以大大节约设计时间，也可以通过不同项目的测试与应用反馈，将设计不断完善和优化。 可靠性预测        前面也说明了可靠性预测试是整个产品质量评估和设计的起点与基础，同样也是最为烦琐和易出错的一部分工作。首先是对可靠性和可靠性工程的区分：        可靠性在ISO8402质量标准中的定义为:一个对象在规定的期限内，在规定的条件下，能够实现预定的功能。        可靠性工程分析预期实际产品(过程或服务)的可靠性，通过分析以确定采取何种措施，以减少失效或减轻失效带来的影响。通常包括预测失效率、分析失效模式和危害、设计实验流程，最后提出设计或制造加工时的改进计划。最终目的是使产品更加稳定，避免维修和过高的成本。        在日常的分析中，一般采用两个最为基本的参数:失效率和平均无失效时间，作为衡量元器件可靠性的性能指标。        失效率(FR)通常以FITS(每十亿个小时的失效次数)或FPMH(每百万个小时的失效次数)为单位。指工作到某一时刻尚未失效的产品，在该时刻后的单位时间内发生失效的概率，一般记为入。系统的失效率等于所有部件的失效率。        平均无失效时间(MTBF)指相邻两次失效之间的平均工作时间，也称为平均失效间隔，单位一般为小时。        两者的换算关系为MTBF=1/FR。在实际使用过程中，可能还会用到基本可靠性R(t)和失效概率函数F(t)，其计算方法为          式中，λ以FPMH计;t为需要元器件工作的时间，以小时为单位。往往考虑的是365天xN，N为一天工作的小时数。        元器件的失效率从趋势上服从于失效率曲线。大多数电子模块的失效率是时间的函数，形象的说法是浴盆曲线，曲线呈两头高、中间低的形状，具有明显的阶段性，可划分为3个阶段:早期失效期、偶然失效期和耗损失效期，如图所示          第1阶段是早期失效期(Infant Mortality):表明产品在开始使用时失效率很高，但随着产品工件时间的增加，失效率迅速降低。这一阶段失效的原因大多是由于设计、原材料和制造过程中的缺陷造成的。        第2阶段是偶然失效期、也称随机失效期(Random Failures):这一阶段的特点是失效率较低且较稳定，往往可近似看作常数。产品可靠性指标所描述的就是这个时期。这一时期是产品的良好使用阶段，偶然失效是由质量缺陷、材料弱点、环境和使用不当等因素引起的。        第3阶段是耗损失效期(Wear out);该阶段的失效率随时间的延长而急速增加，主要由磨损、疲劳、老化和耗损等原因造成。       可靠性预测需要大量的统计数据，但是模块不仅运用在汽车上，所以也可以参考其他应用方向的元器件失效手册中提供的材料，可以参考的标准如下：           1)MILHDBK217F2:《电子设备可靠性预计》，美国国防部颁布，1995 年最新更新，是使用最广泛的模型           2)Telcordia Issue 1/2(SR332):广泛应用于通信领域中的预测。           3)RDF:2000UTE颁布，一般用于欧洲的可靠性预测。          4)HRD5:《可靠性手册(第5版)》，由英国电信公司开发          5)IEC 62380:IEC62380是基于最新欧洲可靠性预测标准的可靠性预测方法。最初是由电力技术联盟[UTE，RDF 2000(UTE C 80-810)]2000年7月发布的法语标准，该标准逐渐发展成熟并成为欧洲的可靠性预测标准(IEC 62380)。其独特的预测方法已获得全世界的认可。与旧的可靠性标准相比，IEC 62380是可靠性预测向前迈出的重要一步。       1)元器件计数预计法:根据设备中各类元器件的数量及该类元器件的通用失效率、元器件质量等级和设备的应用环境类别来估算电子设备可靠性的一种方法。操作步骤如下             ① 将电子产品根据关键功能，初步划分成若干个子系统。             ② 列出子系统的典型元器件清单(种类、数量、质量等级、模块的应用环境类别)。            ③ 根据典型元器件计算失效率。            ④ 计数后得出各个子系统的失效率        通过这种方法可简单得出各个关键功能的失效概率，为报价产品提供初步质量保证。       2)元器件应力分析预计法:提供所有元器件的实际工作情况，通过应力系数进行计算后得到失效率预计模型。在这种情况下，需要对每个元器件的应力负荷进行分析，包括可能的参数、温度、电压等。操作步骤如下;          ① 获取样品完整的参数列表(包括元器件名称、型号规格、数量、性能额定值及有关的设计、工艺、结构参数和工作应力数据等)。          ② 分析各元器件的应用方式、工作环境温度和电应力负荷等数据          ③ 汇集成应力系数表。          ④ 按照数据库提供的参数进行计算，得出元器件失效率。       通过这种方法得出来的元器件分析结果，可以作为基础数据提供给故障树分析和失效模式影响分析。      3)预测可靠性计算的先决条件:该预测仅基于固有可靠性，假定已遵循可靠性构建中涉及的要素。        ① 设计的正确。        ② 元器件使用正确(应力研究和任务剖面)且合格，        ③ 元器件和装配寿命与任务兼容。        ④ 适应元器件和组装制造商控制的可变性的过程     最坏情况分析        元器件的失效往往不一定在稳定的状态下，有时是在恶劣的环境下，各种负荷和条件集中在一起的时候，使得模块突然超过了其容忍程度。因此，评估在各种极端条件下模块中的电路特性是非常有必要的。设计的一般要求是验证模块的各个主要功能符合规定的范围，通常热分析是作为最坏情况分析的一部分，两者有一定的重叠和交叉。        最先引人最坏情况分析方法的是航天领域的NASA(美国国家航空航天局)。由于汽车的安全性要求，最坏情况分析也在汽车电子设计领域得以应用。        从本质上而言最坏情况分析是容差分析的一种，容差分析是一种预测电路性能参数稳定性的方法而引起电路性能参数变化的因素主要有3种。            1）初始偏差:元器件参数一般都是以标称值表示的，每种元器件的参数都存在着-定的偏差。需要注意的是，元器件出厂时的参数偏差与经过焊接、模块加工完成后的参数偏差也有所差异。这种偏差更多地体现在大规模生产时，模块与模块之间会存在一定的差异。这两种偏差在模块生产完毕后就固定了，因此把这两种误差归为模块的初始误差。            2）汽车电子环境条件：由于模块需要适应汽车环境的各种状态，因此电子元器件的参数偏差也会随着汽车环境条件的变化而变化。为了简化分析的过程，可将永久性的变化和随环境变化的因素分开，前者归入元器件退化效应中，后者作为环境条件。环境分析中最常见的是温度效应分析，主要考虑不同的环境温度对电路中各元器件参数的影响。分析过程为建立元器件的温度效应模型，根据模型计算不同温度下的元器件参数，再将该元器件参数代入电路的数学模型中，最后计算得出电路输出参数对温度变化的结果。           3) 元器件退化效应：随着存储和工作时间的推移，经历苛刻的环境条件后,元器件或多或少都会变化，其参数也会随着时间而发生变化，这往往是不可逆的。      在元件的长期使用中，大概有3种因素会引起元器件的退化:          ①元器件本身的材料缺陷、内部劣化机理。          ②外部电应力，如瞬间功率过载、静电及电压浪涌损伤。          ③ 外部环境应力，如热冲击、温度循环和高湿度环境。       这些因素都会导致元器件的特性退化，并通过元器件的参数出现不可逆的漂移时表现出来，一般将之根据不同的环境视为一种现象。       最坏情况分析是容差分析的一种应用，是在电路组成部分参数最坏(极端)组合情况下，评价电路性能的性能与偏差，找出在参数给定限制变化情况下电路的最坏可能输出，同时针对重要的元器件进行电压应力和热应力的分析，根据这个结果来选用元器件并且进行降额使用。       与可靠性预测一样，最坏情况分析的流程文件也可分为初期文档、中期文档和化文档。报价阶段和初期样品阶段，往往是研发时间最短但是对可靠性要求较高的时期。在设计的初期必须考虑简化的最坏情况分析设计。初期的内容主要集中于热损坏关键性能等非常重要的参数，通常采用双端值法。元器件参数也可考虑简易的模型进行运算，这种做法虽然人为地放大了设计裕量，但是节约了时间，为后期调整和优化提供了一定的空间。而在中期，则需全面考虑电路参数和认真分析元器件参数模型将电路的设计裕量调整到一个合理的程度。最后的成本优化阶段，主要通过不同的选型计算，选择性价比更高的方案来替换原有的设计。

发表了主题帖： 《汽车电子硬件设计》第四章汽车电子开发流程

       本章主要讲的是汽车电子开发流程，说起流程就离不开标准化。因为标准化的流程才能使产品易于维护，工作能够快速进行等。所以本章离不开各种的流程制度，这也是本书从全世界各个地区的汽车电子开发流程分析的原因。        国际上主要采用的汽车工业质量体系如下          （1）、美国的汽车工业质量体系（QS9000）：美国三大汽车厂商（通用、福特和戴姆勒克莱斯勒）于1994年在ISO9000质量体系的基础上，结合汽车行业的特定要求和顾客的特殊需要而编制的供应商质量体系要求。它的基础为《供方质量保证手册》《Q101质量体系标准》《创优目标》和《采购物料通用标准》，是各家供应商之间协调的结果。          （2）、德国的汽车工业质量体系（VDA6.1）：由德国汽车工业联合会（是由奔驰、宝马、大众、保时捷和汽车零部件供应商所组成的）制定。VDA6.1是以ISO 9001质量体系为基础，并参考了QS9000质量体系标准建立的，同时包括一些额外的特殊要求。          （3）、法国的汽车工业质量体系（EAQF94）：由标志、雪铁龙和雷诺三家法国制造商在供应商质量能力标准EAQF94的基础上共同建立起来。          （4）、意大利的汽车工业质量体系：由菲亚特和依维柯汽车制造公司以ISO 9001为基础建立的AVSQ1995标准。          （5）、日本的汽车工业质量体系：执行JIS标准和JAMA要求，主要有丰田、本田、三菱和铃木等车厂在此体系下进行全面质量管理。        汽车工业质量体系发展图谱如下          以最新的体系IATF 16949为例进行详细的说明。IATF 16949的体系架构如下，是在ISO 9001的基础上建立起来的。通过规定内容，界定每个供应商各个层次的行为。整个IATF 16949的体系是以顾客为中心，关注包括顾客要求和期望、缺陷预防、过程方法、持续改进、建立指标体系等内容。它包含7个基本文件：文件资料管理程序、质量记录控制程序、内部审核控制程序、不合格品控制程序、纠正措施控制程序、预防措施控制程序和培训管理程序。最主要的内容包括以下五大工具：       1、产品先期质量策划             产品质量先期策划（Advanced Product Quality Planning，APQP）是IATF 16949体系中最重要的部分，贯穿整个产品开发流程。它是一种产品开发的结构化方法，用来定义和执行为确保产品满足顾客所必须得活动。通过团队的努力，从产品的概念设计、设计开发、过程开发、试生产到生产和全过程中的信息反馈、纠正措施和持续改进活动。APQP的内容包括5个阶段：①计划和确定项目阶段；②产品设计和开发阶段；③过程设计和开发阶段；④产品与过程确认阶段；⑤反馈、评定和纠正措施阶段。           实施APQP的目的：为满足产品、项目或合同规定，在新产品投入以前，用来确定和制定确保生产某具体产品或系列产品使顾客满意所采取的一种结构化过程的方法；为制订产品质量计划提供指南，以支持顾客满意的产品或服务的开发。       2、生产件批准程序            生产件批准程序（PPAP）规定了包括生产和散装材料在内的生产件批准的一般要求。PPAP的目的是确定供应商是否已经正确理解并执行工程设计记录和规范的所有要求，其生产过程是否具有潜在能力，是否能在实际生产过程中按规定的生产节拍生产出满足顾客要求的产品。PPAP是整个APQP计划中的一个环节，是APQP计划的重要内容。       实施PPAP的目的：确定供方是否已经正确理解了顾客工程设计记录和规范的所有要求，并且在执行所要求的生产节拍条件下的实际生产过程中，具有持续满足这些要求的潜能。       3、潜在失效模式及影响分析      （潜在）失效模式及影响分析（Failure Mode & Effect Analyse，FMEA）是一种定性的具有工程实用价值的可靠性分析方法，旨在产品/过程/服务等的策划设计阶段，对构成产品的系统、子系统、零部件和对构成过程/服务的各个步骤逐一进行分析，找出潜在的失效模式，并分析其可能的影响，评估其风险，从而预先采取必要的措施降低风险，以提高产品质量和可靠性，确保顾客满意的系统化活动。它可以分为设计阶段的DFMEA和过程阶段的PFMEA，这些工作的导入事件多为APQP的初期或早期。        FMEA会尽可能地罗列出所有可能得失效模式，并对其进行分析和控制，强调的是预防失效的发生。        实施FMEA的目的：能够容易、低成本地对产品或过程进行修改，从而降低事后修改的概率，找到能够避免或减少这些潜在失效发生的措施。       4、质量系统分析            测量系统分析（MSA）使用数理统计和图表的方法对测量系统的分辨率和误差进行分析，以评估测量系统的分辨率和误差对于被测量的参数来说是否合适，并确定测量系统误差的主要成分。       实施MSA的目的：了解测量过程，确定在测量过程中的误差总量，以及评估用于生产和过程控制中的测量系统的充分性；促进了解和改进（减少变差）。       5、统计过程控制           统计过程控制（SPC）是应用统计技术对过程中的各个阶段进行评估和监控，建立并保持过程处于可接受且稳定的水平，从而保证产品与服务符合规定要求的一种质量管理技术。它是过程控制的一部分，从内容上说主要有两个方面：一是利用控制图分析过程的稳定性，对过程存在的异常因素进行预警；二是计算过程能力指数，分析稳定的过程能力满足技术要求的程度，对过程质量进行评价。       实施SPC的目的：对过程做出可靠的评估；确定过程的统计控制界限，判断过程是否失控和过程是否有能力；为过程提供一个早期报警系统，及时监控过程的情况，以防止废品的发生；减少对常规检验的依赖性，定时的观察以及系统的测量方法替代了大量的检测和验证工作。        接下来对流程提出了七项基本原则，分别如下：           流程的制定也是根据以上的七项基本原则为出发点进行定制。其中第一项是最重要的，也是制定流程的目的。其他几项都是围绕流程如何进行管理和改进进行的。 汽车电子产品的开发流程        汽车电子产品是零部件商提供给整车厂的，为了控制风险和提高质量，整车企业往往要求零部件提供商提供不同时期的样件。整车厂为了控制风险，通常采取多轮实验的方法，并且在开发过程中将实验和样件结合在一起，构成整个开发。这样的开发流程是符合大多数电子产品的开发流程，也与本章前面提到的质量管理体系架构相映衬。        A样品：也称为原型样件或部分功能样件，整车厂并不会将其用来进行装配实验，因此在上图中没有出现。它只是开发初期的样件，主要用于软件调试和台架测试，一般在零部件商内部使用。       B1样品：全功能样件，第一次上车调试样件，确认所有功能的完整度，并进行性能实际检验。对零部件商而言，需要完成完整的软件逻辑验证和硬件功能验证。       B2样品：设计验证的样件，用于全面检验样件是否符合测试计划中的各种实验，往往需要进行分组实验，并给整车厂提供测试报告。       C样品：生产验证的样件，主要将所有在生产过程中潜在的问题暴漏出来，这项实验往往被很多厂商忽略。其内容90%与B2样品类似。    电子模块开发流程        零部件厂商的开发制造过程可分为5个阶段：产品报价阶段、产品开发准备阶段、产品试制阶段、产品试生产阶段和产品正式生产阶段。如下图所示         为了阶段的顺利执行下去，所以会在每个阶段引入循环设计的理念。具体如下    V型开发过程        除了循环设计理念外还有V型开发过程，V型开发过程可以应用在每个开发过程中，包括系统设计、机构设计、硬件设计、软件设计和测试环节等。V型开发过程如下：  

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Jacktang 发表于 2025-3-16 09:23 厚度在十几nm的金属薄膜，外部采用15μm的有机涂料保护层，这个保护层主要起什么作用？ 使得金属薄膜免受氧化

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本帖最后由 1084504793 于 2025-3-15 15:25 编辑        本书从第三章开始正式讲解汽车电子硬件设计内容。首先是提及各个元器件厂商的市场占有率，如下图          元器件的种类有被动元器件、分立元器件、集成芯片、传感器和其他部件。   汽车元器件的规范要求        老牌汽车企业克莱斯勒、福特和通用汽车对零部件企业资质及质量体系标准设立了汽车电子协会（AEC）。其以车载电子的可靠性以及认定标准的规范化为目的建立了质量控制的标准。AEC提出了三项不同的标准，分别为：AECQ100、AECQ101和AECQ200。主要用于预防产品可能发生的各种失效或潜在的故障状态，引导零部件供货商在开发过程中采用符合该规范的元器件。AECQ也对环境温度进行了基本的定义，温度等级定义如下表          除了以上的标准，AECQ还制定了非强制性的指导规范，这些指导规范主要规定了汽车半导体供应商在生产过程中的一些注意事项，具体如下：            （1）、ACEQ001零部件平均测试指导原则：提出了参数零部件平均测试（PPAT）方法，用来检测外缘半导体组件异常特性的统计方法，用以将异常组件从所有产品中剔除。PPAT可分为静态PAT、动态PAT和地域性PAT。地域性PAT即在所有晶圆的裸晶上加入临近性权重，因此一些被不良裸晶包围或邻近的良好裸晶也可能会被剔除。            （2）、AECQ002统计式良品率分析的指导原则：分为统计性良品率限制（SYL）和统计限制（SBL）两种。通过控制关键性测试参数建立一套分析和控制生产变量的系统，可用来检测出异常的材料区域，保证最终产品的质量和可靠性。所有新组件或技术在制造程序前后的不同阶段都可进行统计分析，同时也能在晶圆测试及封装最后测试的阶段被用来进行电子参数测试。AECQ002为组件制造商提供了使用统计技巧来检测和剔除异常芯片组件的方法，让制造商在晶圆的阶段就能及早发现错误并将其剔除。           （3）、AECQ003芯片产品的“电性表现”特性化的指导原则：产品的特性表现对于开发新的芯片或对现有的芯片进行调整相当重要。此标准是针对芯片的电性表现所提出的特性化指导原则，用来生成产品、制程或封装的规格及数据表，目的在于收集组件、制程的数据并进行分析，以了解此组件与制程的属性、表现和限制，检查这些组件或设备的温度、电压、频率等参数特性。           （4）、AECQ004零缺陷指导原则：并不是强制性的规范，而是提出在产品生命周期中使用一些工具和制程来达成零缺陷的目标。这包括一些列的步骤，如组件设计、制造、测试和使用，以及在该流程各个阶段中采用零缺陷的工具或方法。         ROHS（Restriction of Hazardous Substances）是汽车电子行业中普遍接受的环保条例。该条例主要规定限制电子电气设备使用某些有害物质的比例，规定镉（Cd）的含量不能超过0.01%，其他有害物质铅（Pb）、汞（Hg）、六价铬（Cr6+)、多溴联苯（PBBs）和多溴二苯醚（PBDEs）的含量不能超过0.1%。在2015年新增4项领苯二甲酸酯物质，且含量不能超过0.1%，该条例称为ROHS2.0。这些有害物质主要用在以下模块中   器件氧化和湿敏元件        湿度敏感器件主要指非气密性贴片器件，包括塑料封装和其他透水性聚合物封装（环氧树脂、有机硅树脂等）。一般IC（Integrated Circuit，集成电路或集成芯片）、芯片、电解电容、LED等都属于飞气密性SMD器件。这些器件在被贴装到PCB上后要经过回流焊炉进行回流焊接。回流焊接期间会因为水分的蒸发导致晶圆破坏或外壳出现变形或裂缝等。如下示意图          所以有湿度敏感等级，具体如下表          接下来会从电阻、电容、二极管、晶体管和功率MOSFET的基础讲起。 电阻基础        电阻的应用非常广泛，其数量在汽车电子中也是最多的。根据安装方式可以分为以下两类：           （1）、贴片电阻也称为片式固定电阻器，其制造工艺是将金属粉和玻璃釉粉混合，采用丝网印制法印在铝基板上制成的。目前大部分模块中应用最多的电阻类型就是贴片电阻，其相关焊接工艺决定了未来它将占据绝对的主流。此类电阻按照制造工艺可以分为厚膜电阻和薄膜电阻，它们的价格、精度、参数和特性有一定的差异，在使用中需要格外注意。           （2）、插件电阻就是常说的插孔式电阻，此类电阻在汽车电子的使用中较为少见，通常用于大功率电阻的安装方式，作为限流电阻分离使用。     电阻常见的参数：           （1）、标称值：标称在电阻上的电阻值称为标称值，即通常所说的电阻值。由于电阻精度的定义，电阻值并不是任意选取的。           （2）、初始精度：每个电阻都有一个初始精度，表征电阻出厂的容许偏差，这个值也是通常谈到的精度。需要注意：这个值表征的是电阻生命周期中最好的状态。           （3）、额定环境温度：指最大环境温度，注意该环境温度指的是在电子模块中电阻周围接触的空气的温度，并不是电子模块外部环境空气的温度。           （4）、额定功率：指在额定环境温度下，电阻可连续运行时所加载的功率最大值。额定功率是由电阻的封装所决定的，电阻的封装越大，其功率也越大，如下表：            （5）、额定电压：指在额定环境温度下，电阻可连续运行时所承受的电压最大值。额定电压与电阻的封装和电阻值有一定的关系。          （6）、最大工作电压：指电阻工作时能够连续承受的最大电压。最大工作电压与电阻的封装大小有直接的关系。          （7）、最高负荷电压：在过负荷实验（IEC 601151：2001 4. 13）中5S内可能施加的电压最大值，通常施加的电压是额定电压的2.5倍或极限电压的2倍（两者取较低者）。          （8）、耐电压：参照耐电压实验（IEC 601151:2001 4. 7）在电极与电阻体指定位置之间施加1min的交流电压。          （9）、温度系数：指两个规定温度之间的阻值相对变化除以两个温度之差，一般用每摄氏度百万分之一（10-6/℃）来表示。温度系数越小，电阻的稳定性越好。阻值随温度升高而增大的称为正温度系数，反之为负温度系数。        电子工业协会定义了一个标准电阻值系统，它定义了几个系列精度值的电阻值，如下表          E后面的数字代表从100到1000总共有几个阻值，其他电阻值按10的指数乘除得到。电阻厂家会对电阻进行编号，通常使用A~M来代表0.05%~20%的精度等级。贴片电阻在表面一般标有3位或4位数码表示电阻标称值，按从左到右的顺序，前几位为有效值，末位为指数，共同构成了电阻的标识方法。        在设计过程中首要确定的是初始精度。在大部分限流电阻和数字逻辑分压电阻中，并不需要高精度，一般选取5%的精度；在模拟电压和电流采集电路中，所用的电阻一般需要选取1%的精度。确定好初始精度后根据如下表中的标称电阻值确定可用的电阻值             电阻值越小，对电阻功率的要求越高，往往导致电阻的封装变大；另一方面，若电阻选择偏小，会导致工作电流和静态电流偏大，不能满足低功耗的设计要求；若电阻选择过大，也会导致工作点的电流过小，引起不必要的电压降。 不同工艺造成的影响        电阻由陶瓷基板、电阻膜、内部电极、保护膜和焊接端子电镀所组成。通常所说的厚膜是指金属釉膜，薄膜是指金属膜。虽然结构非常相似，但是其工艺和制作过程并不相同，电阻的特性也有较大差异。          （1）、金属釉厚膜：是将金属粉和玻璃釉粉混合，采用丝网（厚膜工艺）印制法印在基板上制成的。厚膜电阻成本低，厚膜和薄膜价格相比差十倍以上；厚膜电阻比薄膜电阻鲁棒性要强很多，耐热和耐潮更好，静电特性等也相对较强。因此，如果不是应用在高功率、高精度和高频的场合时，则优先选择厚膜电阻。厚膜电阻的极限精度是0.5%。        厚膜电阻存在着一个很大的问题就是高频特性较差。信号如果在高频段工作时，存在趋肤效应。同时厚膜电阻的精度较低。        在采集电路中，如果精度要求较高或在高速采集的场合，并不适用厚膜电阻，因为它的电流噪声较大，且温度系数很大，导致了测量的波动很大。在汽车电子设计中，往往需要在采集的阈值上考虑加上滞回环节，以避免由采集对象的波动和系统噪声引起的切换状态。          （2）、金属薄膜：是用真空蒸发的方法将合金材料蒸镀于陶瓷基板上制成的。       薄膜电阻的优点是可以做到很高的精度且温度特性好。由于排列紧密，使得薄膜电阻的电流噪声较小。薄膜电阻由于采用金属薄膜，在趋肤效应中变化并不明显，高频特性非常好；并且由于薄膜电阻排列均匀，其电流噪声和精度变化都要比厚膜电阻小很多。薄膜电阻的电子流动有序而平稳，减少了噪声的产生。与之相反，厚膜电阻内部由于路径较多，电子随机运动导致了噪声的产生。        厚度在十几nm的金属薄膜，外部采用15μm的有机涂料保护层，使得金属薄膜免受氧化，然而保护层往往并不具备完全防潮的性能。在生产和装配过程中离子污染的情况和电路板组装过程中薄膜电阻的损坏，会导致薄膜电阻的耐湿性和耐腐蚀性很不理想，例如，通常焊剂内含有钠离子和氯离子物质，在采用无铅焊接方式时情况更严重，因此需要进行充分清洗。       薄膜电阻，特别是NiCr材质的电阻，往往是湿度敏感的，在高温高湿的环境下可能失效。在选用时，一定要和供应商确认是否经过85℃、85%相对湿度环境中以工作状态运行1000h的实验。        薄膜电阻对静电（ESD）更加敏感，其直角拐点处是静电损伤的薄弱区，因此在生产和装配过程中需要特别注意静电的保护。在薄膜电阻的附近也要设计专门的静电泄放回路，以避免工作中的静电对电阻产生影响。

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dcexpert 发表于 2025-3-10 14:35 树莓派上可以试试casaos 谢谢大佬的推荐

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dcexpert 发表于 2025-3-10 09:34 飞牛需要X86平台，树莓派跑不了吧 看以后支持不，说不定以后有更好的NAS系统