當傳感器距離MCU一定距離時，通信成為一個問題。汽車行業開發的兩種現代傳感器協議解決了這些問題并更好地利用了新的傳感器IC拓撲結構。自傳感器早期以來，報告傳感器信號的問題一直存在。實際上，如果無法顯示，傳達或共享信息，則無法檢測參數。

最初，信號的機械和局部報告或多或少。例如，波登壓力計（壓力計）通過連接到管子的移動箭頭直接報告測量的壓力，并指向附在框架上的刻度。水銀溫度計通過水銀柱的長度報告檢測到的溫度。但是，為了遠程處理信息或在閉環系統（傳感器和控制）中使用傳感器，必須獲得感應電信號形式的信息。從這個角度來看，在前面提到的壓力表中增加了一個機電轉換器，以實現帶或不帶局部信號調節的真實傳感器。

其他類型的傳感器具有可以直接電加工的輸出。例如，熱敏電阻是電阻隨溫度變化的電阻。由于施加的壓力，壓阻式應變計的電阻隨應變而變化。這些可變電阻器被引入惠斯通電橋中，提供通常在進一步傳輸之前進行局部調節的電壓。用作角位置傳感器或可變磁阻磁傳感器的旋轉電位計（電阻分壓器）用作旋轉速度傳感器，直接傳輸輸出電壓而無需特定的信號調節。

直到最近，由于其性質在傳感元件和信號調節技術中，報告的信號是模擬電壓，通常（但不總是）與施加到傳感器的實際電源電壓成比例。這對于帶有或不帶信號調理的分立式傳感器以及集成有源傳感器都是有效的。自20世紀90年代中期以來，該行業已經轉向數字通信，以及智能CMOS傳感IC的出現 - 芯片數字信號處理加速了這種遷移。本文介紹了從最初的步驟和動機到最新進展的轉變，重點是獨立傳感器和控制單元之間的點對點通信。

模擬輸出協議

鑒于內在性質在傳感元件和相關的模擬信號調理電路中，模擬輸出電壓已被用作傳感器和電子控制單元（ECU）之間的初始和最邏輯的報告方法，其中信號與其他數據組合以進行進一步處理。 br》

圖1：點對點通信傳感器ECU的模擬輸出。

如圖1所示，模擬輸出通過ADC在ECU側轉換使用相同的源偏置，為傳感器提供電源電壓。這就是模擬輸出電壓的比例要求的原因。也就是說，對于給定的傳感器信號，例如壓力或位置，輸出電壓VOUT與電源電壓VDD成比例，因此VOUT/VDD =恒定。這樣，輸出電平以VDD百分比表示，電源電壓變化不會影響ADC之外的數字化信號。電氣編碼信號，例如電流環4至20 mA（絕對值），可視為模擬輸出電壓概念的擴展。

數字輸出協議 - 脈沖寬度調制

最簡單的移動單條信號線上的模擬輸出到數字輸出是將模擬電平轉換為給定頻率和占空比的數字信號，其中

與傳感器信號成比例（見圖2）。

圖2：PWM占空比定義。

編碼通常通過比較模擬信號和所需頻率的參考鋸齒信號來完成（見圖3）。解碼在ECU側通過定時器I/O完成。

圖3：用于點對點通信傳感器ECU的PWM。

物理層是數字驅動器，低側（開漏），高側（開漏）或推挽式。后者對于更好的EMC，尤其是傳導和輻射發射以及抖動/噪聲性能是優選的。高側/低側驅動器方案需要在下降沿或上升沿進行斜率控制以獲得最佳性能。

脈沖寬度調制（PWM）信號通常獨立于電源電壓，因此，此協議在操作時是首選必須保證在很大的電源電壓范圍內。 PWM也適用于雙線接口，其中低和高數字電平被編碼為電源電流的變化（IDD_LO和IDD_HI），并且可以僅使用電源和接地連接與ECU共享信息。

備用數字輸出協議 - 動機

盡管PWM的普及，但由于傳統和兼容性原因，模擬協議仍然非常流行。然而，現代智能傳感器（見圖4）通常具有DSP內核，由于技術原因在較低電源電壓下工作，而不是復雜的模擬信號處理（ASP）電路。因此，通過DAC和緩沖器將數字信號轉換回模擬域，在這些傳感器上獲得比率模擬輸出電壓。數字界面絕對更自然。此外，采用最先進微控制器的現代ECU也可以通過遠程傳感器的直接數字接口而不是通過ADC獲益。

圖4：現代點對點通信傳感器ECU的備用數字輸出。通過實現數字計數器和數字比較器，可以按照圖4中提到的拓撲結構輕松實現PWM。然而，PWM具有一些限制，這些限制對于許多應用來說是不再可接受的，尤其是在稍高速度下的真實分辨率。相反，1 kHz的10位通常被認為是一個現實的規范。超過1 kHz，分辨率迅速下降。此外，PWM協議在報告診斷或狀態信息方面非常有限。

為了反映新的傳感器IC拓撲結構以及系統在數據內容，分辨率，響應時間，延遲時間，準確度和診斷方面的需求，新協議用于傳感器之間的點對點通信，并且已經開發出ECU。在這種背景下，汽車世界采用了SENT和PSI-5。

數字輸出協議 - 單邊半字節傳輸

單邊半字節傳輸（SENT）協議由通用汽車動力總成部門和幾個然后由汽車電子學會的工作組根據參考J2716開發。

如前所述，SENT協議試圖使各種類型的遠程傳感器之間的接口現代化和標準化，例如位置，壓力，質量氣流和溫度，以及發動機管理系統ECU。

SENT協議（見圖5）實際上可以視為增強型PWM。實際上，電報由八個半字節（1個半字節= 4個比特）組成，它們以PWM方式進行時間編碼（即不進行占空比）。在報文開始時生成第一個脈沖（同步）作為后續半字節的時間參考。

圖5：SENT報文定義。

最長的消息小于1毫秒并傳輸32位，其中最多24位（六個半字節）專用于數據（半字節＃2 。..＃7）。剩余的兩個半字節被分配用于報告狀態和通信（半字節＃1）和CRC（校驗和 - 半字節＃8）。

24位數據可用于報告2×12位信息，例如兩個位置，位置和速度，壓力和溫度，位置和時間戳。狀態半字節可用于報告診斷信息并有助于改善整個系統的安全性。為了進一步增加傳感器和ECU之間傳輸的數據內容，可以使用狀態和通信半字節以較低的速度報告分布在多個連續電報上的串行消息。

SENT協議是首先用于動力總成應用，例如位置傳感器和壓力傳感器，但它也用于轉向傳感器（轉向角，轉向扭矩）。它應該在其他汽車（機箱）和非汽車應用中變得流行。

已經提出了一些SENT協議的衍生物，例如短PWM代碼，它類似于SENT但允許同步機制和更短的傳輸時間，由于實際報告的半字節數量的靈活性。

數字輸出協議 - 外圍傳感器接口

外圍傳感器接口PSI-5是PAS-4（PANAMSAT 4）的后續產品在安全應用方面已有十多年的歷史，例如安全氣囊系統的加速計傳感器。 PSI-5概念的許多方面，例如堅固性和可靠性，已在該領域得到成功驗證。 PSI-5由Autoliv，Bosch和Continental推動。

圖6：PSI-5雙線數字接口傳感器ECU。

PSI-5的物理層（見圖6）是雙線接口。位模式在IC吸收的標稱電源電流的頂部以電流脈沖傳輸（見圖7）。這使得PSI-5在傳導和輻射發射的EMC方面具有明顯的優勢。此外，數據速率可以達到250 K位/秒，延遲時間短。

圖7：PSI-5電報定義。

最后但不是至少，PSI-5非常靈活，它指定了同步和異步模式以及多個多從總線架構。 PSI-5也可以實現為雙向接口。

實現開銷有限但通常需要專用的接收器IC來轉換信號輸入電壓并解碼內容。

低級別（IDD_LO）表示通過傳感器的正常（靜態）電流消耗。通過傳感器的增加的電流吸收（ΔIDD）產生高電平（IDD_HI）。在接收器內檢測電流調制。

曼徹斯特編碼用于數據傳輸。邏輯“0”由上升斜率表示，邏輯“1”由TBIT中間的電源電流IDD的下降斜率表示。

對于10位數據，基本電報通常為13位長（D0- D9）+ 2起始位（S1-S2）+ 1奇偶校驗位（P-偶校驗）。但是，可以使用兩個連續的消息來傳輸16位數據。這可以通過診斷信息和糾錯信息進一步擴展。

PSI-5已經在安全和轉向應用中找到了應用，例如，控制轉向扭矩。目前正在開發一個專注于車輛動力學應用的子標準。

其他數字輸出協議

其他數字協議可用，但不適用于傳感器和ECU之間的點對點通信。 》 SPI總線通常用于嵌入式系統，其中傳感器直接向位于相同模塊或系統中的微距離的微控制器報告。三個或四個必要的連接是PCB軌道，這是SPI通信可接受的。對于遠程獨立傳感器，由于成本和穩健性原因，SPI不可接受。

CAN，LIN或I2C等總線協議本質上是為網絡而非點對點通信而開發的。實施開銷不可忽略，特別是對于CAN。

結論

遠程傳感器和ECU之間的模擬通信最終會失效。隨著傳感器和控制單元的現代化，數字時代將很快占據主導地位。但是，這只會由于具有豐富數據和診斷內容的強大而可靠的協議（例如SENT和PSI-5）而發生。