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中国集成电路 CIC 系统设计 China lntegrated Circult 在高压电池管理系统中 实现可靠的数据通信 JonMunson （凌力尔特公司） 1 引言 以菊花链方式互连，以监视很长的高压电池串。通过 isoSPI，含有多节电池的电池模块能够与相距很远的 使电池组实现可靠性、高性能和长寿命是电池 主控处理器通信。 管理系统 （BMS）的主要目的。为此，电池管理电子 电路需测量每节电池的电压，并将测得的数据发送 2 isoSPI接口的工作过程 到中央处理器。就大型高压电池串而言，例如典型的 汽车动力传动系统所用的电池串，模块化、分布式电 isoSPI接口通过一个“平衡的”线对传送差分 池组是一种富有吸引力的选择。电池模块可以作为 信号，两条线都不接地。这样配置后，通过外部EMI 基本构件用于多种电池组设计。模块化设计还有助 传递到两条线上的“共模”噪声几乎相同，而所传送 于优化重量分布，最大限度利用可用空间。模块化电 的差模数据信号则相对不受影响。isoSPI接口在器 池组的最大挑战是，需要通过数据链路使电池组作 件之间用一个纤巧的变压器对差分信号进行磁耦合 为单一单元运行。 和电气隔离。这样就屏蔽了每个器件，以免受到大的 对数据通信链路而言，有电气噪声的环境是个 系统噪声所导致的较大共模电压摆幅的影响，同时 巨大的挑战，例如典型的汽车环境。尽管CANbus链 能够跨越介电质势垒发送重要的差分数据。已取得 路与隔离相结合可充分抑制噪声，但是这种解决方 巨大成功的以太网双绞线对标准也采用了与此相同 案太复杂、成本很高。为了解决这个问题，凌力尔特 的方法。此外，由于电气隔离，所以电池组之间尽管 TM 公司开发了isoSPI ，这是一种简单的两线适配标准 存在很大的DC电压差，但是仍然能够互连。选择变 串行外设接口 （SPI）。 压器的原则很简单，只要DC隔绝电压合适即可。图 isoSPI接口将高达 1Mbps的全双工SPI信号转 1显示了理想化的isoSPI差分波形，无DC 电压的 换成差分信号，然后再通过双绞线对和一个简单、低 脉冲信号之后经变压器耦合，不会损失数据。脉冲的 成本的变压器传送这个差分信号。凌力尔特最近推 宽度、极性和时序用来表示常规SPI信号的各种状 出的一系列电池组监视器集成了这种接口，这套模 态变化。 拟集成电路电池监视器用来测量电池组中电池的电 所有这些isoSPI特性都是特意指定的，以确保 压。凌力尔特 12节电池监视 ICLTC6811有两个 无差错传送数据，并通过严格的大电流注入 （BCI） isoSPI端口。这两个端口使多个LTC6811器件能够 干扰测试。实际上，凌力尔特测试显示，在超严酷 http：// 2016 ·7· （总第206期） 59 中国集成电路 系统设计 CIC China lntegrated Circult （a） 图1 用 isoSPI差分信号的不同形态表示 双绞线对上传送的SPI信号的状态变化 （b） 200mABCI情况下，isoSPI可释放全