一种高可靠低成本的单线通信电动车闪光器芯片电路的制作方法

本发明涉及集成电路，尤其涉及一种高可靠低成本的单线通信电动车闪光器芯片电路。

背景技术：

1、在电动车的安全保障系统中，闪灯系统无疑是其中重要的一环，包括转向灯和双闪在内的闪光灯可以向其他车辆发出对应的警示信息，因此保证车辆的闪光器可以随时开启十分必要。传统电动车闪光器多采用分立元件或简易控制结构，这些闪光器芯片或分立元件大多只具备基础闪光驱动等简单功能，在一定程度上可以满足基本使用需求。

2、如现有技术中专利公开号为cn110740555a的一种全集成电动车闪光器驱动芯片，将振荡器、逻辑控制、驱动管及部分保护电路集成于单一芯片中，相比传统分立元器件方案在集成度和可靠性方面取得了明显进步，但仍存在如下明显不足：

3、（1）功能单一性：现有电动车闪光器芯片仅有其基本的闪光器驱动功能，闪烁频率与闪烁时间无法调节；芯片的检测功能不够丰富，依赖外围分立器件实现且芯片的检测状态无法传递给外界，无法实现数据通信传输功能、智能化等级低。

4、（2）稳定性不足与应用场景受限：现有闪光器芯片输入端支持耐压较低，在输入电压出现较大过冲或输出短路时，驱动芯片由于耐压和散热不够导致芯片易烧毁；而分立器件占用面积较大，限制了使用场景。

5、（3）外围器件受限：传统闪光器芯片需要额外的外围充电电容且对容值与耐压大小有一定要求，增加了使用成本。

6、故此，亟需提出一种高可靠低成本的单线通信电动车闪光器芯片电路以解决上述技术缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高可靠低成本的单线通信电动车闪光器芯片电路，通过芯片内部集成了双通道p驱动管，可以实现物理开关形式的左转、右转、应急双闪的闪光器功能，同时可以支持单线通信协议下不同频率、不同循环次数等形式的双闪控制，实现寻车警示、故障报警灯、迎宾模式等双闪效果。芯片内部集成了左右转检测以及过压、过流、缺灯等其他多种状态检测功能，可通过通信接口将检测状态反馈给mcu显示至仪表盘上。芯片直流耐压可达120v，与传统闪光器芯片相比在输入过冲与输出短路情况下芯片不易损坏，可靠性更高，且外围器件相比传统方案节省了两个外围电容，降低了使用成本。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种高可靠低成本的单线通信电动车闪光器芯片电路，包括：

3、左右转检测模块，用于接入左右转检测端口ld~rd并产生左右转检测信号ldi~rdi，并发送至单线通信模块；

4、单线通信模块，包括：swim通信协议模块和闪烁控制模块；所述swim通信协议模块通过swim端口与外部mcu进行数据读写操作，并将写入的8bit位串行数据转换为并行输出，得到通道使能信号a0~a1、闪烁频率控制信号b0~b2和闪烁次数控制信号c0~c2；所述闪烁控制模块用于输入闪烁频率控制信号b0~b2、闪烁次数控制信号c0~c2和低负载信号ll2，并输出通道二时钟clk_out2；

5、控制逻辑模块，与单线通信模块相连，用于输入复位信号por、系统时钟clk、过压信号ovp、欠压信号uvp、过温信号otp、低负载信号ll1、过流信号ocp1~ocp2和通道二时钟clk_out2，经过内部逻辑处理后输出驱动信号dr1~dr2和驱动取反信号dr1_n~dr2_n至过流保护驱动模块一和过流保护驱动模块二；

6、过流保护驱动模块一和过流保护驱动模块二，用于产生过流信号ocp1~ocp2，并发送至单线通信模块，同时产生栅极驱动信号p_gate1~p_gate2；

7、双通道pmos驱动管，其栅极用于接收栅极驱动信号p_gate1~p_gate2，源极接入电源vin，漏极接入双通道输出端口out1~out2，以控制双通道pmos驱动管的导通与关断。

8、优选的，所述左右转检测模块包括：电阻r0~r2、nmos管nm1~nm3、施密特触发器smit和d触发器dff；所述电阻r0~r1的一端接入左右转检测端口ld~rd，所述电阻r0的另一端接地，所述电阻r1的另一端接入接地的电阻r2、施密特触发器smit的输入端和nmos管nm1的漏栅极，所述nmos管nm1的源极接入nmos管nm2的栅漏极，所述nmos管nm2的源极接入nmos管nm3的栅漏极，所述nmos管nm3的源极接地；所述施密特触发器smit的电源端接入电源vdd、接地端接地、以及输出端接入d触发器dff的输入端；所述d触发器dff的时钟端输入采样时钟clk_sam、复位端输入复位信号por、以及输出端输出所述左右转检测信号ldi~rdi。

9、优选的，所述单线通信模块的通信数据采用比例码的形式，包括：通过定义一个周期内1/3低电平为数据字节“1”，一个周期内2/3低电平为数据字节“0”，一个数据字节的周期为50μs，即通信速率为20khz；

10、其中一个完整的数据字节为11bit位，包括：

11、1bit起始位，固定为0；

12、8bit有效字节，根据需要写入；

13、1bit奇偶校验位，校验位等于有效字节的8bit数据位运算求和；

14、1bit应答ack，由接收方发出，若ack=1，则该字节接收成功；若ack=0，则该字节接收失败。

15、优选的，所述控制逻辑模块包括：分频模块、与非门nand1~nand6、非门not1~not6和或非门nor1；所述分频模块用于对输入的系统时钟clk进行分频处理后输出通道一时钟clk_out1，同时所述通道一时钟clk_out1受通道一低负载信号ll1控制；所述与非门nand1的两个输入端分别输入通道一时钟clk_out1和复位信号por，输出端接入非门not1的输入端，所述非门not1的输出端和通道使能信号a0分别接入与非门nand2的两个输入端，所述与非门nand2的输出端接入非门not2的输入端，所述非门not2和或非门nor1的输出端分别接入非门nand3的输入端，所述非门nand3的输出端输出驱动取反信号dr1_n并接入非门not3的输入端，所述非门not3的输出端输出驱动信号dr1；所述与非门nand4的两个输入端分别输入通道一时钟clk_out2和复位信号por，输出端接入非门not4的输入端，所述非门not4的输出端和通道使能信号a1分别接入与非门nand5的两个输入端，所述与非门nand5的输出端接入非门not5的输入端，所述非门not5和或非门nor1的输出端分别接入非门nand6的输入端，所述非门nand6的输出端输出驱动取反信号dr2_n并接入非门not6的输入端，所述非门not6的输出端输出驱动信号dr2；所述或非门nor1的三个输入端分别输入过温信号otp、过压信号ovp或欠压信号uvp、过流信号ocp1~ocp2。

16、优选的，所述过流保护驱动模块一和所述过流保护驱动模块二的电路结构相同，均包括：

17、过流保护模块，包括：pmos管pm12~pm16；nmos管nm11~nm17、电阻r10~r13、稳压二极管d11~d12、反相器inv1和基准电流源iref；所述pmos管pm13的源极、以及电阻r10和电阻r12的一端接入电源vin，所述pmos管pm13的栅极接入过压信号ovp，漏极接入电阻r10的另一端和电阻r11的一端，所述电阻r11的另一端接入pmos管pm14的源极；所述pmos管pm14的栅漏极接入pmos管pm15的栅极和nmos管nm14的漏极，所述nmos管nm14的栅极接入电源vdd，源极接入nmos管nm12的漏极，所述nmos管nm12的栅极接入nmos管nm11的栅漏极、接入电源vdd的基准电流源iref、以及nmos管nm13和nmos管nm16的栅极；所述nmos管nm11~nm13的源极接地，所述nmos管nm13的漏极接入nmos管nm15的源极，所述nmos管nm15的栅极接入电源vdd，漏极接入pmos管pm15的漏极、pmos管pm16的栅极和接入电源vin的稳压二极管d11；所述pmos管pm15的源极接入电阻r12的另一端和pmos管pm12的源极；所述pmos管pm12的栅极接入栅极驱动信号p_gate1~p_gate2，漏极接入双通道输出端口out1~out2；所述pmos管pm16的源极接入电源vin，漏极接入nmos管nm16的漏极、接地的稳压二极管d12和nmos管nm17的栅极；所述nmos管nm17的漏极接入反相器inv1的输入端和接入电源vin的电阻r13；所述nmos管nm16~nm17的源极接地；所述反相器inv1的输出端输出过流信号ocp1~ocp2；

18、驱动模块，包括：pmos管pm21~pm22、nmos管nm20~nm24、电阻r21、基准电流源iref和稳压二极管d21；所述pmos管pm21~pm22的源极接入电源vin，所述pmos管pm22的栅漏极接入pmos管pm21的栅极和nmos管nm21的漏极；所述nmos管nm21的栅极接入驱动信号dr1~dr2，源极接入nmos管nm23的漏极；所述nmos管nm23的栅极接入nmos管nm22的栅漏极、接入电源vdd的基准电流源iref和nmos管nm24的栅极；所述nmos管nm22~nm24的源极接地，所述nmos管nm24的漏极接入nmos管nm20的源极；所述nmos管nm20的栅极接入驱动取反信号dr1_n~dr2_n，漏极接入pmos管pm21的漏极、以及接入电源vin的电阻r21和稳压二极管d21，并输出栅极驱动信号p_gate1~p_gate2。

19、优选的，还包括：

20、带隙基准模块，用于为上电复位模块提供启动的基准电压vref，为振荡模块提供基准电流源iref、偏置电压vbias1~vbias2和参考电压vref1~vref2；

21、上电复位模块，用于为振荡模块和单线通信模块提供复位信号por；

22、振荡模块，用于为单线通信模块提供系统时钟clk；

23、过压与欠压保护模块、以及过温保护模块，用于产生过压信号ovp和欠压信号uvp、以及过温信号otp，并发送至单线通信模块；

24、低负载检测模块一和低负载检测模块二，用于产生低负载信号ll1~ll2，并发送至单线通信模块。

25、优选的，所述振荡模块包括：pmos管pm31~pm41、nmos管nm31~nm37、电容c1、比较器cmp1~cmp2、与非门x1~x2和缓冲器x3；所述pmos管pm31~pm35的源极依次接入接电源vdd的电流源i1~i5，漏极接入接电源vdd的基准电流源iref、nmos管nm31的漏极、以及nmos管nm32~nm33和nmos管nm37的栅极，栅极依次接入熔丝控制信号f1~f5；所述nmos管nm31的栅极接入偏置电压vbias1、nmos管nm34和nmos管nm36的栅极；所述nmos管nm31的源极接入nmos管nm32的漏极；所述nmos管nm34的源极接入nmos管nm33的漏极，所述nmos管nm36的源极接入nmos管nm37的漏极；所述nmos管nm37和nmos管nm32~nm33的源极、以及电容c1的一端接地；所述电容c1的另一端接入nmos管nm35和pmos管pm40~pm41的漏极、比较器cmp1的反相输入端、以及比较器cmp2的同相输入端并形成节点vs；所述nmos管nm35的源极接入nmos管nm36的漏极，栅极接入pmos管pm40的栅极和节点m；所述pmos管pm40的源极接入pmos管pm39的漏极，所述pmos管pm39的栅极接入pmos管pm37的栅极和偏置电压vbias2；所述pmos管pm37的漏极接入pmos管pm36和pmos管pm38的栅极、以及nmos管nm34的漏极；所述pmos管pm36、pmos管pm38和pmos管pm41的源极接入电源vdd；所述pmos管pm38的漏极接入pmos管pm39的源极，所述pmos管pm41的栅极接入复位信号por；所述比较器cmp1的同相输入端和比较器cmp2的反相输入端依次接入参考电压vref1~vref2；所述比较器cmp1~cmp2的输出端依次接入与非门x1~x2的输入端一，所述与非门x1的输入端二接入与非门x2的输出端，所述与非门x2的输入端二接入与非门x1的输出端、节点m和缓冲器x3的输入端，所述缓冲器x3的输出端输出系统时钟clk；

26、所述电流源i1~i5为二进制权重电流源，其比例关系为i1:i2:i3:i4:i5=1:2:4:8:16。

27、优选的，所述低负载检测模块一和低负载检测模块二的电路结构相同，均包括：

28、低负载基准电压产生模块，包括：分压电阻单元、比较单元和电压修调单元；所述分压电阻单元串接于电源vin与地之间，用于输出分压信号vd1~vd8；所述比较单元用于对输入的分压信号vd1~vd8与基准电压vref进行比较后，输出控制信号y1~y8；所述电压修调单元用于输入控制信号y1~y8以调整电阻串的等效阻值，并在该电阻串上注入可修调的电流源，以输出电压可控的低负载基准电压vref_lowload；

29、低负载检测信号产生模块，包括：电流采样单元和比较器cmp3；所述电流采样单元串接于电源vin与双通道输出端口out1~out2之间，用于将负载电流转换为与之成比例的采样电压vsense，并输出至比较器cmp3的反相输入端；所述比较器cmp3的同相输入端输入低负载基准电压vref_lowload，经内部比较处理后输出低负载信号ll1~ll2。

30、优选的，所述电压修调单元包括：

31、电阻修调阵列，包括：电阻串和nmos管nm51~nm58；所述电阻串由八个电阻串联构成，所述nmos管nm51~nm58之间的漏源极依次首尾相连，栅极依次接入控制信号y1~y8，每个所述电阻的两端依次与nmos管nm51~nm58的源漏极相连，且所述电阻串的一端接地，另一端接入电流源修调阵列的输出端并产生低负载基准电压vref_lowload；

32、电流源修调阵列，包括：基准电流源iref、电流源id1~id4和pmos管pm51~pm54；所述基准电流源iref和电流源id1~id4的一端接入电源vdd，所述电流源id1~id4的另一端依次接入pmos管pm51~pm54的源极，所述pmos管pm51~pm54的栅极依次接入熔丝修调信号fa~fd，所述pmos管pm51~pm54的漏极与基准电流源iref的另一端相连作为所述电流源修调阵列的输出端；且所述电流源id1~id4为二进制权重电流源，其比例关系为id1:id2:id3:id4=1:2:4:8。

33、本发明还提供了一种单线通信电动车闪光器芯片的应用，所述闪光器芯片包括外围电路和内部集成的如上述所述的一种高可靠低成本的单线通信电动车闪光器芯片电路，所述闪光器芯片通过swim端口与外部mcu进行数据读写操作；其中所述外围电路包括接地的负载led灯，所述负载led灯包括左灯和右灯，所述左灯和右灯分别对应接入所述左右转检测端口ld~rd、以及同时接入双通道输出端口out2，所述左灯和右灯通过开关接入双通道输出端口out1；或者在双通道输出端口out1~out2与所述负载led灯之间还包括分别串接的二极管d0~d1。

34、本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

35、1、本发明内置双通道高压p驱动管，实现闪光器左右转闪烁与双闪的独立控制，并采用单线通信接口，仅需一根通信线即可完成外部mcu与闪光器芯片的所有数据交互，相比传统的i2c或spi多线接口，显著减少了mcu引脚占用和pcb布线面积，降低了系统整体成本。同时，本发明将通信、控制、驱动和检测保护功能高度集成于单一芯片中，外围元器件极少。

36、2、本发明通过单线通信接口接收外部mcu写入的控制参数，可实现闪烁频率和闪烁次数可调，并支持左右通道独立使能控制；支持更高的电压输入，无需使用额外的分立器件，在输入过冲与输出短路情况下芯片可靠性更高，且节省了两个外围高压充电电容，降低了使用成本。

37、3、本发明提高了芯片集成度与智能化程度，实现了电动车闪光器芯片数据通信功能，可以利用芯片实现电动车寻车警示、故障报警灯、迎宾模式等效果，并实现对电动车左右转及其他过压保护（ovp）、欠压保护（uvp）、过温保护（otp）和过流保护（ocp）等多重保护机制状态的检测功能，可以通过mcu显示至仪表盘上，提升闪光器整体智能化程度和确保功率管和负载的安全。

38、4、本发明采用可修调的低负载基准电压产生电路和电流采样电路，能够精确检测负载电流状态。当转向灯灯泡损坏或接触不良导致负载电流减小时，芯片能够及时输出低负载标志信号，可用于驱动故障指示灯或通过通信接口上报mcu，提醒用户检查转向灯。

39、5、本发明采用张弛振荡器结构配合二进制权重电流源修调网络，通过熔丝修调技术对振荡频率进行校准，可有效补偿因工艺角、温度和电源电压变化引起的频率偏差，确保闪烁频率的精度和一致性。同时，双通道时钟分别由系统时钟分频和通信控制模块独立产生，两通道可独立设置不同的闪烁模式。

40、6、本发明在左右转检测模块中采用施密特触发器对输入信号进行整形，有效消除机械开关抖动和电磁干扰；在通信协议中采用比例码编码方式，接收端通过识别低电平占空比解码，无需依赖外部时钟同步，具有良好的抗噪声性能。