在這半年時(shí)間內(nèi),我除了負(fù)責(zé)一個(gè)智能接線盒產(chǎn)品的研發(fā)工作,還承擔(dān)了一個(gè)非常重要的工作-福x系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范的翻譯以及解釋。
我從網(wǎng)上查詢了大量的專業(yè)術(shù)語(yǔ)解讀以及可靠性設(shè)計(jì)相關(guān)的資料。
惡補(bǔ)了讀研期間荒廢了的電子電路知識(shí)。
還于每天早上召集同事舉辦學(xué)習(xí)角,一同探討規(guī)范的要點(diǎn)。
付出就有回報(bào),我的電子電路的設(shè)計(jì)以及可靠性設(shè)計(jì)能力得到了突飛猛進(jìn)的提升。
一天,我的領(lǐng)導(dǎo)找到了我,說(shuō)是給x汽提供的BCM的車速檢測(cè)出現(xiàn)了問(wèn)題,
可能是在溫度比較高時(shí),無(wú)法檢測(cè)到車速,從而導(dǎo)致20km自動(dòng)上鎖的功能出現(xiàn)了異常。
他把電路圖發(fā)給了我,讓我按照Ford SDS做一次深入徹底的分析。
車速信號(hào)處理電路圖
我采用WCCA(worst case circuit analysis,最壞情況電路分析)結(jié)合Fxxx SDS和Nxxxxx SDS從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了考慮:
1)考慮初始、環(huán)境、老化三方面導(dǎo)致的公差:5%精度的電阻R47、R50、R51其阻值范圍在-10%~+10%之間。
電解電容EC13的容值范圍為-30%~+30%。
三極管Q17的BE極最小導(dǎo)通電壓為0.3V,BE最大導(dǎo)通電壓為0.9V,C極和B極之間電流的最小放大倍數(shù)為30。
2)車速信號(hào)為PNP輸出的高邊信號(hào),高電平為汽車的電瓶電壓-PNP三極管的CE極導(dǎo)通電壓,典型值為12.0V,最小值為8.0V。當(dāng)輸入高電平為8.0V-1.2V=6.8V時(shí),Q17的BE極電壓還能否大于0.9V,使得BE極在極限情況下仍然能導(dǎo)通。
輸入為高電平時(shí),Q17的BE極和最小電壓
由上式可見(jiàn),當(dāng)輸入為高電平時(shí),Q17的BE極最小電壓為1.01V,略大于其最大導(dǎo)通電壓0.9V。可以讓Q17的BE極可靠導(dǎo)通。
輸入為高電平時(shí),三極管Q17能否可靠處于飽和導(dǎo)通狀態(tài),根據(jù)下式算出在BE極導(dǎo)通時(shí)Q17的CE極之間的最低電壓。
Q17的CE極電壓
由上式可見(jiàn),輸入為高電平時(shí),Q17在極限情況下可以飽和導(dǎo)通。
當(dāng)輸入為低電平時(shí),三極管Q17能否可靠處理截止?fàn)顟B(tài),根據(jù)SDS,低電平最高輸入的最高電壓為1.8V(Nxxxxx SDS),此時(shí)有:
輸入為低電平時(shí),Q17的BE極電壓
由于Q17的BE極的最大電壓大于最小導(dǎo)通電壓,在極限情況下,可能存在輸入低電平時(shí),Q17不能處理截止?fàn)顟B(tài)的風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)該適當(dāng)再減小R50的阻值。
5)電容EC13對(duì)車速脈沖信號(hào)的濾波影響。我從充放電方程做了非常復(fù)雜的分析,如下:
考慮到速度信號(hào)為方波信號(hào),在速度信號(hào)的上升沿,Q17 B極電壓由下式確定:
假設(shè)高電平時(shí)間為,低電平時(shí)間為,對(duì)于連續(xù)的速度脈沖,上升沿電壓可以表示為:
如果占空比為50%,則能測(cè)量的最高頻率的典型值為32Hz.
如果占空比為50%,則能測(cè)量的最高頻率的最大值為184Hz.
如果占空比為50%,則能測(cè)量的最高頻率的最小值為7.5Hz。
一般尺寸的 215/45R17 輪胎直徑 600mm。那么時(shí)速 60km/h 時(shí),
輪胎的轉(zhuǎn)速是 (601000/3600)/(3.140.6)=8.84 轉(zhuǎn)/秒。
所產(chǎn)生的脈沖的頻率是8.84Hz,而該電路極限情況下所能檢測(cè)的頻率為7.5Hz。
可能在極限情況下,比如高溫條件下,電容容值增大(印象中電容的容值是正溫度系數(shù)的參數(shù)),將導(dǎo)致無(wú)法檢測(cè)60km/h的速度。
要注意的是,我們這里推導(dǎo)的是在占空比為50%的情況,由于年代久遠(yuǎn),我沒(méi)有找到車廠提供的車速規(guī)格,實(shí)際上,記得應(yīng)該占空比應(yīng)該在30%左右,這樣可能就會(huì)導(dǎo)致極限情況下連20km/h的速度也無(wú)法被檢測(cè),進(jìn)而導(dǎo)致20km自動(dòng)上鎖的功能失效。
根據(jù)上面分析,我指出了這個(gè)電路的主要問(wèn)題,
1) 電容EC13的阻值過(guò)大,應(yīng)該適當(dāng)減小,不能單純通過(guò)硬件濾波來(lái)避免干擾的影響,應(yīng)該選擇合適的濾波器件參數(shù)結(jié)合軟件濾波來(lái)避免干擾。
2) 根據(jù)SDS規(guī)定,這種數(shù)字信號(hào),為了抗干擾加入的濾波電容也引起的上升和下降沿應(yīng)該小于10%的脈寬,可以根據(jù)這一要求選取合適的數(shù)值。
3) 并在Q17的BE極兩端的電阻可以適大減小,避免輸入為低時(shí)不能可靠截止。
審核編輯:湯梓紅
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原文標(biāo)題:車速信號(hào)處理電路圖及器件參數(shù)
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