辅助电源 Sleep / Wake-up 深度 — Iq 预算 + 状态机

CAN 唤醒分两级,概念别混:

• WUP(wake-up pattern):"dominant-recessive-dominant"图案,任何支持低功耗模式的收发器都认。注意 TJA1145 的 twake(busdom)/twake(busrec) 0.5-3.0 μs 是内部唤醒滤波阈值的 min/max 个体分布,不是对唤醒图案的"要求区间"——worst-case 设计口径:每个 dominant/recessive 相位发 ≥3.0 μs 才保证唤醒(<0.5 μs 才保证被滤除,短毛刺不误唤醒);tto(wake) 570-1200 μs 同理是唤醒超时参数分布,第一到第二个 dominant 须在 tto(wake) 内完成,设计按 ≤570 μs 留裕量
• WUF(wake-up frame):selective wake 收发器专用,匹配指定 ID + DLC + payload 的完整帧才唤醒(见 §4);WUF 必须是 classical CAN 帧——PN 收发器 sleep 下只跑低功耗 classical 解码器,不解 CAN-FD 数据相位;CAN-FD 只用于唤醒后的正常通信
• 器件级唤醒延迟很快:TJA1145 总线唤醒到 INH 拉高 ≤100 μs(td(buswake-INHH)),真正的时延大头在后面的电源爬升 + MCU 启动(见 §6.3)

LIN 唤醒的规范时序常被记错,以 LIN 2.x / ISO 17987 原文为准:

• wake-up 信号 = 总线 dominant 250 μs - 5 ms(不是几十 μs;太短的 dominant 会被收发器滤波当干扰丢弃)
• 唤醒后节点须在 100 ms 内可通信(LIN 规范要求)
• 用在低速末梢节点(车窗 / 座椅 / 后视镜),常经 LIN master(如门模块)转发唤醒链

点火硬线是最强的广播式唤醒:

• 钥匙 / 启动按钮硬线,几乎所有 ECU 同时醒
• 输入要做 debounce + 阈值滞回(SBC WAKE 引脚通常自带,如 TJA1145 WAKE 引脚滞回 250-800 mV)
• 从硬线沿到 SBC 响应是 μs-ms 级,系统感知延迟由 MCU 启动决定

定时唤醒有三种落点,精度和 Iq 不同:

• MCU standby 域 RTC:32.768 kHz 晶振,μA 级,精度秒级/天——充电时间表、电池巡检用它
• SBC 内部定时器:RC 振荡器,无晶振,精度低(百分比级漂移),适合"每几分钟醒一次扫一圈"的粗定时
• 独立 RTC 芯片:需要掉电走时 + 高精度时才上,多一颗料
• 共同点:唤醒源本身 Iq 只有个位数 μA,但唤醒后的活动电流按占空比摊回平均值——巡检周期定多密,直接决定平均 Iq(见 §2 测量方法学)

本地物理输入走 GPIO/WAKE 引脚检测:

• 通常先唤醒 BCM,再由 BCM 通过 CAN WUP/WUF 扩散唤醒其他 ECU
• 输入网络的上拉/分压电阻是常驻漏电路径,阻值选型见 §5.6
• 器件级延迟 ms 级,用户可感知延迟由唤醒链(BCM → 总线 → 目标 ECU)决定

充电触发链从充电口进来:

• CCS / GB/T 的 CP(Control Pilot)PWM 被 OBC 检测,触发 OBC + BMS + VCU 醒
• CP 是 1 kHz PWM,检测 + 去抖典型几十 ms 量级(设计值)
• 充电中整车进入部分网络运行工况——只有充电相关节点醒,其余节点 sleep 但总线有流量,这正是 selective wake 的主场(见 §4.2、§8 C1)

PN(partial networking)收发器在 sleep 下维持一个低功耗 classical CAN 解码器:

• SPI 预配置 wake-up ID + ID mask + DLC + 期望 payload(TJA1145 支持 29-bit ID、数据区匹配;波特率 50 kbit/s - 1 Mbit/s)
• 只有匹配的 WUF 才唤醒 MCU,其他流量被收发器吞掉,节点继续睡
• fail-safe 不漏醒:解码持续出错(如波特率配错、总线质量差)时,帧错误计数器溢出,收发器退化为普通 WUP 唤醒——宁可多醒,不可叫不醒
• CAN-FD 流量兼容要选对料:经典 PN 收发器把 FD 帧当错误帧计数;网络里有 FD 流量必须用 "FD passive" 变体(TJA1145T/FD)或原生 FD 的新一代(TCAN1145/1146-Q1、TLE9255W,FD 5 Mbit/s)

反直觉但 datasheet 白纸黑字:PN 让收发器自己更费电——TJA1145 在 partial networking enabled 且总线有流量时,IBAT 要额外加 300 μA typ / 400 μA max(解码器在跑);总线静默时才回到 40 μA typ 的 sleep 底。它省的是节点级的电:

• 充电 8 h 场景:与充电无关的节点若被总线流量打醒挂在 Stand-by(按 10 mA 算),一夜吃掉 80 mAh;有 selective wake 则整节点睡着、只有收发器 ~0.34 mA 在解码,8 h 只花 ~2.7 mAh——差 ~30 倍
• 停车全静默场景:PN 解码器不跑,收发器回到 ~40 μA,不吃亏
• 结论:selective wake 的收益按"部分网络运行工况的时长 × 被避免唤醒的节点数"算,不是按收发器 Iq 算

量产可选的 selective wake 收发器(参数取各家 datasheet):

SBC 是 sleep 预算里的最大单项,LP mode 是第一杠杆:

• MC33907 LPOFF:32 μA typ(14 V/25℃)→ 42 μA typ / 60 μA max(18 V/80℃)
• TLF35584 STANDBY:≤70 μA(LDO_STBY 关、14 V、Tj≤40℃)/ ≤90 μA(Tj≤85℃);SLEEP 档 ≤200 μA
• L9788 standby:60-80 μA max(RT,按 CAN wake/EOT 配置)→ 140 μA max(HT)
• 进入方式都是 SPI 命令(MC33907 是防误触发的 secured SPI 序列),写完要读回确认——SBC 上电默认 Normal,没写成功就一直是 mA 级

MCU 侧两条路线,取舍是唤醒时延 vs Iq:

• retention 路线:standby 域保 SRAM + RTC,关 Flash + 主时钟;电流量级为个位数到数十 μA,强烈随保留 RAM 大小和温度变——预算取自家 MCU datasheet 的 standby 电流表(如 S32K3xx DS 的 standby 表、TC39x DS),别抄论坛典型值,更别拿 25℃ typ 当预算
• 断电路线:SBC LPOFF 直接把 VCORE 关掉,MCU 侧 Iq = 0,代价是唤醒走冷启动(§6.3)

外设 rail 在 sleep 下的纪律:

• 5V/3.3V 外设 LDO 用 dual-mode(active + 低 Iq standby),standby 档 Iq 个位数 μA
• 不需要的 rail 完全关断——但关断要连 IO 态一起设计,防反灌(§7 陷阱 7)

收发器选型直接锁死一项预算:

• 普通 HS-CAN 收发器 standby 与 PN 收发器 sleep 都在 20-60 μA 档(TJA1145 sleep 40 μA typ,TLE9255W <26 μA)
• selective wake 不省收发器的电(§4.2),省的是"节点不被无关流量打醒"
• 网络有 CAN-FD 流量时必须 FD-passive / 原生 FD 料,否则错误计数会把节点反复叫醒

传感器 rail 在 sleep 下完全切断:

• 经 high-side switch(如 TI TPS27S100)把 5V/12V sensor rail 断干净,唤醒后再上
• 传感器自身的"standby"往往仍是几十 μA 到 mA 级,切电比调它的模式可靠

板级"看不见的"常驻漏电经常比芯片 Iq 还大,两笔账算给你看:

• 10 kΩ 上拉到 5 V 的信号,sleep 时若停在低电平:5 V / 10 kΩ = 500 μA——单这一处就是全 ECU 配额的 2-5 倍;改 100 kΩ 也还有 50 μA,正确做法是 sleep 前把该信号置高或改拉法
• VBAT 采样分压若常驻:13 V / 500 kΩ = 26 μA;要么总阻抗 MΩ 级 + 高阻 ADC 前端,要么用开关切断采样支路
• 所有 GPIO 在 sleep 前置已知态,禁止悬空

存储器的坑在"standby ≠ sleep":

• FM24V05(FRAM):standby(I2C idle)90 μA,显式 sleep 命令后才降到 5 μA typ——差 18 倍,不发命令等于白选低功耗料
• EEPROM 类似,退出 sleep 有 μs-ms 级恢复时间,放进唤醒时序预算

MC33907 的 LPOFF sleep 是"全关"模式:由 Normal mode 发 secured SPI command 进入,所有 regulator 关断、VCORE 断电(MCU 无 retention,醒来走完整 INIT);唤醒源可配 CAN / LIN / IO(NXP AN《Integrating the MPC5744P and MC33907/08》§3.8)。进睡序列:

// 伪代码,寄存器名/位域以 MC33907_8 与 TJA1145 datasheet 为准
// 1. 收尾:传感器 rail 关(TPS27S100 EN=0),GPIO 置已知态,FRAM 发 sleep 命令
// 2. TJA1145:SPI 写 WUF 配置(ID/mask/DLC/data + 波特率),CPNC=1,读回 PNCOK=1
// 3. TJA1145:命令进 Sleep mode(INH 拉低,VCC/VIO 可掉电,芯片挂 VBAT 监听)
// 4. MC33907:配置唤醒源 = IO 上升沿(接 TJA1145 INH/RXD 唤醒指示)+ KL15 IO
// 5. MC33907:secured SPI 序列进 LPOFF —— 全 rail 关断,MCU 断电
// 6. 唤醒事件 → SBC 重走 INIT(wake source 寄存器可读),MCU 冷启动

关键点:第 2 步的 PNCOK 读回不能省——PN 配置无效时 TJA1145 退化为普通 WUP 唤醒,功能不丢但"防打扰"收益全没,且这故障是静默的。

全部取 datasheet 数字 + 板级估算,两列都要核:

核算:92 μA × 60 天 × 24 h ≈ 0.13 Ah,占 36 Ah 的 0.37%——单 ECU 层面轻松;热端 149 μA 贴着 150 μA 目标过关,margin 主要被板级杂项吃掉,这就是 §5.6 要抠漏电路径的原因。注意同一颗 ECU 在部分网络运行工况(总线有流量、本节点睡)时是 92 + 300 = ~392 μA(TJA1145 PN 解码在跑)——预算表要两个工况各一列,见 §8 C1。

LPOFF 冷启动的时延链逐段列出来,才知道优化空间在哪:

• 总线 WUF 匹配 → TJA1145 INH 拉高:≤100 μs(td(buswake-INHH))
• SBC 唤醒 → VPRE/VCORE 爬升 + INIT:ms 级(MC33907 从 VBAT 上电到 INH 有效的参照 tstartup 在 TJA1145 侧是 2.8-4.7 ms,SBC 侧同量级)
• MCU POR → bootloader → 应用可发首帧:数十到数百 ms,冷启动是绝对大头(Flash 启动 + 安全自检)
• 结论:wake → 首帧 100 ms 量级的需求,LPOFF 冷启动路线勉强够;若需求压到 20 ms 级,必须换 Stand-by + SRAM retention 架构,用 Iq 换时延(§5.2 的取舍)