Der Micro-Second-Bus in Powertrain-Anwendungen
Kommunikation in automotiven Applikationen
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Anforderungen an den MSB
Leistungstreiberbausteine kontrollieren und diagnostizieren Aktoren wie Ventile, Relais oder Motoren. Im Folgenden werden die Grundanforderungen an die Treiber-Bausteine genannt und deren Funktion in der Applikation beschrieben. Die Hauptfunktion besteht im Schalten von Lasten abhängig von der Position des Motors, dem Fahrerwunsch und den zu erfüllenden Emissionsvorschriften. Hier werden pulsweitenmodulierte Signale (PWM) vom Mikrocontroller an die Leistungs-ICs gesendet. Der Frequenzbereich dieser Signale liegt im Bereich von einem Hz bis zu wenigen kHz. Hier sind Echtzeit-Verhalten, hohe Schaltfrequenzen, hohe Bandbreiten und kurze Latenzzeit erforderlich. In der Regel parallel anliegende Daten werden mit Timer-Bausteinen generiert, um dann an den Leistungstreiber-Baustein transferiert zu werden.
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Weiterhin muss der Leistungstreiber-Baustein konfiguriert und programmiert werden. Der Austausch von Befehlen erfolgt hier während der Initialisierung und zum Wechseln der Betriebsmodi. Weiterhin werden Befehle gesendet, um den Baustein zu verschiedenen Maßnahmen zu veranlassen. So ist z.B. die On-Board-Diagnose vorgeschrieben. Diese erfordert das Erkennen von Fehlern in allen emissionsrelevanten Bauteilen im Fahrzeug. Um dies für die Leistungstreiber-Bausteine erfüllen zu können, ist ein periodisches Auslesen der Fehler jedes einzelnen Kanals erforderlich.
Für die Diagnose-Daten (z.B. für die OBD) ist ein Rückkanal vom Leistungstreiberbaustein zum Mikrocontroller erforderlich. Die Bandbreiten sind vergleichsweise gering. Der Datenaustausch erfolgt unregelmäßig und nur bei Fehlverhalten oder auf Anforderung des Mikrocontrollers.
Zur Lösung dieser drei Anforderungen wurde die Micro-Second-Bus-Spezifikation Anfang 2003 von Infineon [1] im Rahmen eines Kundenprojektes entwickelt. Seit Mitte 2007 steht sie zum Download kostenfrei gegen Registrierung bei IPextreme [2] zur Verfügung.
Evolution des MSB – die erste Generation
Die erste Generation MSB kombiniert einen hochgeschwindigkeits-synchronen unidirektionalen Kanal (Downstream) und einen synchronen bidirektionalen Standard-SPI-Kanal (Serial Peripheral Interface Bus, Upstream und Downstream). Die erste Generation des MSB hat sieben Pins
Diese erste Generation hat den Vorteil, das die PWM-Daten, welche parallel vorliegen, auf der Seite des Mikrocontrollers in einen seriellen Datenstrom gewandelt und seriell übertragen werden, um auf der Leistungstreiber-Baustein-Seite wieder zu parallelen Daten zusammengesetzt zu werden. Dadurch kann die Anzahl der Pins auf beiden Seiten (Mikrocontroller und Leistungstreiber-Baustein) reduziert werden. Die Standard-SPI-Schnittstelle wird benutzt, um den Leistungstreiber-Baustein zu programmieren und Status- und Diagnoseinformationen zu erhalten.
Der Mikrocontroller mit MSB kontrolliert die Leistungstreiber-Bausteine mit einer Wiederholungsrate von einer Mikrosekunde, daher auch der Name des Busses: „Micro-Second-Bus“.
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