坚固的接触式监视器简化了车身控制计算机的设计

介绍

MAX13362为24通道汽车开关监视器。为了避免增加大量外部元件，因为增加应用成本，并可能使可靠的接触电阻测量更加困难，MAX13362经过精心设计，具有鲁棒性。该器件可监控汽车中 24 个远程开关的状态，同时承受汽车瞬变，并在许多异常的汽车测试条件下表现良好。由于设备与车辆中的远程开关接口，因此它直接受到汽车线束中观察到的所有瞬变的影响。

本文记录了MAX13362在汽车ECU级测试中遇到的许多情况下的反应。以下各节介绍了此处描述的情况：

接地/电源连接丢失

电池反接条件

接地和电源转换

测试设计设置

以下测试数据是使用图1的简化应用电路生成的。MAX13362连接两个外部电池连接开关和两个外部接地开关。MAX15007线性稳压器为IC的数字部分和本地微控制器提供稳压。连接到接地开关的引脚通过47nF电容旁路接地。连接到电池连接开关的输入具有100Ω的额外串联电阻，这是在电池线路上更苛刻的瞬变期间限制输入电流所必需的。用于读写SPI™信息的微控制器是MAXQ2000，工作在3.3V电源。开关 S接地和 S与用于在测试期间断开相应的MAX13362引脚。电压源VSB和VSG分别允许电池电压和接地的转换。

在测试过程中特别注意：1）由于电压差异可能产生的不希望的漏电流;2）SPI通信是否可行;3） 交换机状态报告正确还是不正确。所有测试均在14V的电池电压下进行。

图1.MAX13362测试电路

1. 接地/电源连接丢失

根据外部开关是开路还是闭合（从而将IC输入引脚连接到电池或接地），接地和/或电源连接丢失可能导致许多不同的情况。

1.1. 失地

当发生接地丢失时（例如，由于焊点不良），一个或多个外部开关打开或短路到电池或机箱接地时，可能会发生这种情况。因此，需要考虑许多不同的地面损失情况：

1.1.1. 打开所有开关

以正常方式上电后，IC接地引脚断开，观察到GND引脚向上浮动至约0.5V。这使得SPI接口看起来工作正常，尽管逻辑电平为0.5V。根据处理器预期的逻辑电平，这种情况可能导致错误读取，即处理器将0.5V解释为逻辑高电平。即使SPI接口报告正确的输出字（0xC0000000），也可能发生此错误，从而表明所有开关确实都已断开（图2）。在此测试期间未观察到电源电流增加。当接地连接恢复时，MAX13362工作正常。

图2.SPI回读显示地面偏移。通道 1 = CS;通道 2 = CLK;通道 3 = SDO（数据）。

1.1.2. 至少有一个输入连接到机箱接地

该测试也是通过在MAX13362上电并正常配置后断开接地来进行的。SPI读取报告所有交换机均打开。如之前的测试所示，逻辑接口上的接地电平向上移动了约600mV。当接地连接恢复时，MAX13362工作正常。

1.2. 输入连接到电池电压时的功率损失

为了执行此测试，VS引脚与电源断开，IN1短路至电池电压。进入IN1引脚的电流保持在漏电流水平，因此表明VS节点未被拉上拉。这种配置避免了MAX13362或任何连接的电路在未知和不可预测状态下上电的问题。电流进入VDD也观察到引脚没有变化。在这种模式下，从SPI接口读取数据会产生0x00000000，因为MAX13362的高压部分被关断。这些结果表明，如果微控制器在MAX13362处于这种状态时读取数据，则微控制器可以很容易地确定存在故障。

1.3. 一个输入接地时的接地和功率损耗

在该测试中，MAX13362的VS和GND引脚均断开，其中一个输入通过开关接地。显然，MAX13362在这种情况下不能正常工作，但除了漏电之外，输入电流没有增加。从SPI接口读取再次产生0x00000000，这向微控制器发出故障信号。

1.4. 一个输入连接到电池电压时的接地和功率损耗

MAX13362的接地和VS引脚仍然断开时，其中一个输入端连接到电池电压。与上面的测试1.2类似，输入电流没有明显增加。VS引脚保持在0V。正如预期的那样，从SPI接口读取导致0x00000000。

1.5. 一个输入连接到电池，一个输入接地时接地和电源损耗

 

该测试旨在确保MAX13362在输入端连接到电池而另一路接地时不会上电。预期结果得到确认：VS保持在0V，当读取MAX13362时，报告0x00000000。

2. 电池反接条件

当汽车电池连接不正确时，汽车系统会暴露在电池反接的情况下。汽车中的电子设备需要长时间忍受这种情况，直到不幸的车主（或机械师）意识到有些事情不对劲。保护汽车电子设备的标准方法是使用电池反接二极管，该二极管在电池反接情况下仅阻止电流流动。使用MAX13362时，VS引脚确实以这种方式受到保护。但是，根据外部开关的状态，MAX13362可能会暴露在负电压下。为了找到MAX13362的弱点，在电池反接条件下进行了多次测试。

2.1. 所有开关打开的情况下反向电池

这是最不危险的条件。MAX13362很容易经受住考验，因为没有异常电压施加到它上面。

2.2. 一个输入接地的反向电池

该测试同样是相对良性的，因为MAX13362的引脚没有施加意外电压。虽然MAX13362没有，但实际上无法正常工作，它没有损坏。

2.3. 一个输入连接到电池的反向电池

对于MAX13362来说，这可能是一个危险的情况，因为当MAX13362不上电时，其输入端会施加负电压。输入绝对最大额定值为-0.3V的典型IC将无法承受这种情况。然而，MAX13362采用特殊的输入结构，没有通常的二极管接地。这种设计使其能够毫发无损地承受这种情况。虽然反向输入端的输入电流保持“类似漏电”，但MAX13362可以长时间承受这种情况。本测试中的SPI读数导致0x00000000。

2.4. 反向电池，一个输入接地，一个连接到电池

进行了该测试，预期结果与先前的测试（第2.3节）相似。事实上，情况确实如此。没有测量到增加的输入电流，SPI读数产生0x00000000。

3. 接地和电源转换

连接到MAX13362的开关通常是远程的。因此，当本地和远程接地（开关处）或本地和远程电源电压之间存在差异时，IC继续正常工作非常重要。这些差异是由于大电流流过车辆接地和电源接线的有限电阻（和电感）而发生的。许多汽车制造商规定，接地和电源换档为1V或更高时应保持正常运行。通过以下测试确定MAX13362对地和电源偏移的灵敏度。测试还试图确定接地或电源偏移在什么水平上成为问题，即给出不正确的开关状态读数。

3.1. 负地面偏移

在测试中，MAX13362和本地微处理器的接地相对于开关地以500mV的步长负偏移，以观察可能的开关状态错误变化。测试是在一台接地开关和一个电池连接开关闭合的情况下进行的。即使接地偏移高达-5V，也没有报告不正确的开关状态。在整个测试过程中，所有SPI操作都完美无缺。

3.2. 正地面偏移

该测试是用一个封闭的接地连接开关和一个封闭的电池连接开关进行的。当接地偏移为3.2V时，接地连接的开关被错误地报告为“开路”。出现此错误是因为本测试中使用的MAX13362的输入门限接近3.2V。正确报告电池连接开关的状态，接地偏移量为5V。在此测试期间，所有SPI操作均正常工作。

3.3. 电池连接开关上的电池正电压偏移

在该测试中，提供给外部（闭合）电池连接开关的电压相对于通过电池反接保护二极管提供给MAX13362的电池电压增加。目的是确保没有异常电流流入受影响的输入，并且MAX13362可以正确确定开关状态。电压偏移以500mV的步长增加，最高可达5V。未观察到故障。SPI读取的开关状态始终正确。此外，无法测量输入电流的增加。

结论

此处进行的测试均未损坏MAX13362。数据证实，MAX13362 IC非常坚固，符合其设计预期。表 1 总结了本文中描述的测试结论。

 

	测试	VS/输入电流	MAX13362状态	SPI 读取	SPI 写入	评论
1.1.1	所有开关打开时接地损耗	电流不变	似乎正在运行	C0 00 00 00	成功	SDO“低”输出电压升至0.5V。
1.1.2	至少有一个输入连接到机箱接地时接地损耗	电流不变	-	C0 00 00 00	成功	未报告开关已关闭。除DT和Rst外，所有输出位均为0。
1.2	输入连接到电池电压时断电	电流变为 0	-	00 00 00 00	失败
1.3	一个输入接地时接地和功率损耗	电流变为 0	-	00 00 00 00	失败
1.4	一个输入连接到电池电压时接地和断电	电流变为 0	-	00 00 00 00	失败
1.5	一个输入连接到电池，一个输入接地时接地和断电	电流变为 0	-	00 00 00 00	失败
2.1	反接电池与所有 开关打开	电流变为 0	惰性	-	-
2.2	反向电池，一个输入接地	电流变为 0	惰性	-	-
2.3	反接电池 一个输入连接到 电池	没有	惰性	-	-
2.4	反接电池，一个输入接地，一个连接到电池	电流变为 0	惰性	00 00 00 00	失败	设置两个电源，以便可以读取SPI。
3.1	引脚 18 处的负 GND 偏移	电流不变	正常运行	成功	在 5V 偏移时成功	经过测试，失调电压高达5V，无故障。
3.2	引脚 18 处的正 GND 偏移	电流不变	正常运行	成功	在 5V 偏移时成功	在3.2V时未检测到闭合接地连接的开关;它仍然可以在3.1V下工作。高边开关检测仍然在5V偏移时工作。
3.3	电池连接开关上的正电池电压偏移	电流不变	正常运行	成功	在 5V 偏移时成功	在高达 5V 的偏移电压下无故障。

 

另外进行了ECU测试，MAX13362按预期工作。它 始终如一地提供强大的汽车开关接口。

审核编辑：郭婷