sent協議(sent協議 傳感器)

近來，美國對企業平均燃油經濟性 (Corporate Average Fuel Economy,CAFE) 指令做出新的調整，這些更新內容將對汽車行業產生深遠的影響。調整后，汽車制造商需要對所有車型的燃油經濟性進行實質性改進。根據規定，2017 年汽車燃效需要達到 40mpg，到 2022 年，這一指標將進一步提高到 49mpg。美國的長期目標是，到 2025 年，所有成品車型的燃油效率需要超過 54mpg。隨著這些 CAFE 指令的實施，預計未來十年，將節約超過 20 億桶石油，使 CO2 排放量降低約 11 億噸。

目前，啟停技術日趨進步、混合動力技術的應用日益廣泛，其他各種創新技術不斷發展，這些都將促進汽車燃油效率的大幅提升，與此同時內燃機也在持續發展并不斷提高效率。隨著渦輪增壓器、燃油直噴系統的應用日益普遍，以及發動機溫度的升高，汽車可以利用容積更小的燃燒室釋放出更高的能量和動力，這也有助于進一步縮小發動機尺寸，同時保持市場預期的性能等級。

在發動機罩下方有幾個關鍵位置（通常是發動機的下游方向），這些位置需要進行高精度的高溫度測量，以便發動機管理系統能夠確保所有系統以最高性能等級和最低排放等級運行，同時保持一個較小的安全余量，避免發動機在工作溫度超出材料極限時發生“熔化”。這些關鍵位置包括渦輪增壓器、廢氣再循環 (EGR)、微粒濾清器、選擇性催化還原 (SCR) 和柴油氧化催化 (DOC) 裝置。隨著 CAFE 指令的實施，發動機尺寸的進一步縮小，上述位置的溫度都將進一步升高，溫度容差要求也將更為嚴格。此外，外形更為緊湊的發動機需要更高的廢氣處理水平（以檢查過濾器工作是否正常以及過濾器再生是否正常），這也在很大程度上提高了對溫度測量精度的要求。

汽車溫度測量的重要特性

要在小型化汽車發動機中發揮出最高效能，溫度傳感器子系統需要具備一些與眾不同的特性。其中最重要的一些特性包括：

能夠應對更高的溫度和更嚴格的溫度容差要求

具有更強的診斷能力，確保電子控制單元 (ECU) 和發動機管理軟件所收到的溫度數據始終可信

有助降低物料清單成本

多個傳感器共享單個 ECU 輸入，而無需為每個傳感器單獨提供輸入（ECU 輸入的數量有限，而且需求很高）

便于連接。目前，SAE J2716 SENT 協議日益廣泛地應用在汽車設計的各個部分，用以將數據從傳感器傳回電子控制硬件

溫度感應技術概述

許多種技術都可用來測定溫度。實踐證明，測量熱敏電阻值是迄今為止測定汽車發動機溫度的最佳方法，因此許多汽車制造商選擇在發動機罩下的不同位置集成熱敏電阻，。熱敏電阻可以是陶瓷材質的負溫度系數 (NTC) 器件，也可以是鉑金材質的正溫度系數 (PTC) 器件。

然而，大多數 NTC 熱敏電阻適用于測量較低的溫度（600?C 以下），而且只能達到中等測量精度（隨著容差要求日益嚴格，這一問題越來越不容忽視）。PTC 熱敏電阻的精度略高一些（但是由于采用鉑金而使器件成本增高），但出于可靠性考慮，這類熱敏電阻僅限于測量最高 900?C 的溫度。

在工業應用中，普遍采用光學技術，紅外線傳感器能夠以非接觸方式測量特定物體的表面溫度。盡管此類方法可以有效測定新型高效能汽車發動機的較高溫度（可有效測量高達 1500°C 的溫度），但在這種特殊的環境下并不適用。

汽車動力總成應用的特點是會累積大量微粒并且殘留有汽油和潤滑油，隨著時間推移，會降低傳感器的性能。綜合所有因素，這種溫度測量方案并沒有實際應用價值。

熱電偶也能測定較寬的溫度范圍（通常可測量高達 1300?C 的溫度），而且本身更為可靠。這類器件已經廣泛用在工業和汽車測試中，通常將 30-40 個傳感器置于車輛的不同位置，對溫度進行監控。因此，汽車工程師對此項技術非常熟悉。被測溫度以輸出電壓的方式表現出來，但電壓信號非常微小（只有幾毫伏），這就是問題所在。

熱電偶測量方法盡管在實驗室環境下表現出良好的精度，但在苛刻的汽車電子環境中，往往會產生各種問題。在行駛的車輛中，不可避免地存在電壓尖峰、電磁干擾和其他噪聲源，這些因素都會影響熱電偶信號的完整性。這已經成為在發動機設計中應用熱電偶的一個相當大的障礙。

此外，熱電偶接線相當昂貴，這也進一步阻礙了這種器件的應用。最后，還需要考慮傳感器漂移。熱電偶本身穩定可靠，但隨著容差要求的日益嚴格，即使是時間引發的微小性能變化也會演變為嚴重問題（而這些器件往往需要使用十年以上的時間）。

綜上所述，隨著發動機的日趨小型化，汽車業對全新發動機溫度測量方案的需求也日益迫切。意識到這一點后，邁來芯 (Melexis) 專門組建了專家團隊，負責開發必要的傳感器接口技術，使熱電偶更適合應用于發動機罩下方。這將需要采用最先進的信號調節技術。

然而，面臨的主要挑戰是如何對微小的熱電偶電壓進行高精度的測量，同時保證這種測量的長期可靠性。此外，要確保傳感器向 ECU 提供可靠的溫度結果，還需要更為成熟的診斷功能，這也是業界的共識。

現有的診斷機制通常只檢查溫度傳感器在汽車點火階段是否正常運行，而并未將長距離行駛過程中可能出現的故障考慮在內，因此無法立即對故障做出響應。車輛因此會過度排放，在此過程中可能會對發動機造成嚴重損害。因此，汽車需要持續診斷功能。而且，為了簡便，診斷功能應獨立于 ECU。

綜合這些因素，此開發項目最終開發出 MLX90342 四通道熱電偶接口 IC。該器件支持高達 1300°C 的測量溫度，最多可連接 4 個熱電偶，在 1100°C 時精度可達 ±5°C（典型值），與目前市場上的器件相比，精度提升 2 倍。該器件可通過其數字接口傳輸溫度數據（符合 SENT 協議第 3 版的要求），每個熱電偶的刷新率達到 50Hz。由于采用板載冷結點補償和高級線性化功能，此類 IC 可在廣泛的溫度范圍內表現出最高的線性度。

此外，該器件還支持校準程序，有助于最大限度地提高初始精度。工業標準熱電偶具有一些獨特的特點，汽車生產過程中，汽車制造商的工程師選擇的一級合作伙伴可以將所連熱電偶與預定義理想熱電偶特性之間的差異編程到這些 IC 中。

通過諸多立法措施我們可以知道，汽車發動機小型化勢在必行。目前，各項支持此類發動機持續運轉的技術已經開始涌現。隨著傳感器接口技術的發展，具有卓越性能及更豐富內置功能的 IC 器件應運而生，CAFE 指令提出的諸多難題也將被一一攻克。

邁來芯（Melexis）始終堅信工程技術的價值，堅持走科技創新之路。憑著對科技研發的無限熱忱，我們不僅躋身全球五大頂級汽車半導體傳感器供應商之列，更成為電動機傳動、汽車聯網及無線通信專用集成電路領域的領導者。www.melexis.com