车载通信终端静态电流分析

常 君，叶 丹，王 彬

（大连东软智行科技有限公司，辽宁 大连 116085）

车载通信终端（Telematics BOX，简称T-BOX）是车联网中的核心零部件，也是车载通信系统与外界通信的中心节点，主要完成车内网与车外网之间的数据通信、车身数据采集、远程控制、安全监测、紧急通话等重要功能，可广泛应用于乘用车、新能源汽车及商用车等车型，应用也越来越广泛。T-BOX在车辆上供电取自蓄电池，过大的静态电流（待机模式+睡眠模式下消耗的电流）可能会快速地消耗掉整车蓄电池的能量，减少车辆的静态停放时间，严重的可能导致蓄电池出现馈电现象，影响整车正常启动，长此以往会影响蓄电池的寿命，因此需要对T-BOX的静态电流消耗严格管控。本文主要从研发设计角度详细分析T-BOX静态电流的设计和实现过程。

1 T-BOX系统架构

T-BOX属于前装产品，与整车同步设计。T-BOX系统内部主要包括：4G通信模块、MCU处理器、CAN总线、音频处理电路、电源管理、接口电路、数据存储芯片等电路，详见系统框图1。T-BOX系统工作时需要外围组件与其连接，包含有天线（卫星+移动天线）、线束（主电源+USB）和附属配件（KEY+MIC+SPK+LED）等。

图1 T-BOX系统框图

当主机通电工作时，MCU作为核心处理器，处理实时性较强的任务，主要负责与4G模组之间的数据通信、CAN报文收发处理、系统电源管理、车辆数据监控等多种在线应用功能。4G通信模块主要完成与移动基站之间的上下行数据传输功能、GNSS定位信息采集、eCALL功能、OTA程序升级等功能。

2 系统功能模式

T-BOX系统通常有工作、待机、睡眠3种运行模式，不同模式下，启用功能不同，耗电流不同。如表1所示，静态电流通常指的是待机模式和睡眠模式下消耗的电流。

表1 功能模式

1）工作模式：车辆点火启动后，T-BOX设备所有功能模块都要求正常运行工作，可以执行车辆数据采集、车辆定位、报警、数据联网传输等任务，此阶段耗电量最大；执行完任务可以进入到睡眠模式，也可以在收到休眠命令后，进入待机模式。

2）待机模式：当车辆熄火或收到总线休眠指令后，要求设备进入待机模式，此时通信模块（4G模组）、MCU、CAN等主要部分都要进行模式切换，进入待机状态，此时系统可支持KL15 ON、RTC、CAN网络、车辆振动（Gsensor）、电话、SMS、eCALL等唤醒条件切换到工作模式，同时也能够执行数据采集、报警、eCALL等任务，此阶段耗电量较低。

3）睡眠模式：当设备执行完任务或收到相关进入睡眠条件命令后，设备进入睡眠模式，在此模式下通信模块将关闭，MCU、CAN处于休眠状态，系统可支持KL15 ON、CAN网络、eCALL唤醒、RTC唤醒等唤醒条件切换到工作模式，此状态下耗电量降至最低。不同的模式之间转换详见图2。

图2 模式转换

3 静态电流目标实现

为了降低整机静态电流功耗，实现各个运行模式的目标，主要通过以下途径。

1）合理电路设计：在电路支路设计上，合理选择上下拉电阻，减少各个支路电流消耗。例如，使能引脚下拉电阻由4.7kΩ改为47kΩ，当MCU输出高电平3.3V时，电流可以节省约630μA。在合理需要上拉电阻的地方，由2.2kΩ改为10kΩ，可以节省约1.07mA。

2）合理配置模块/IC工作模式：根据整机运行功能需求，在正常工作模式下，各个模块/IC通过程序配置成以全功率运行，消耗电流最大，当由工作模式切换到待机/睡眠模式时，工作电流降低。例如MCU，选用型号RH850 F1K系列，在整机正常工作模式下，通过软件配置成RUN工作模式，实测电流典型为43mA，在待机和睡眠模式下，配置成DeepSTOP模式，工作电流典型为50μA。

3）关闭非工作单元电源使能：各单元块的电源使能由MCU控制，根据不同工作模式需求，将非工作单元电源使能关闭。例如，在整机正常工作（eCALL功能启动）模式下，MIC+AMP工作，此时对MIC支路和AMP支路供电处于使能状态，当在待机模式下，将MIC+AMP支路电源关闭，可以节省大量的电流消耗。

4）正确配置MCU的输出I/O口：对于MCU某些输出引脚，软件程序在正常模式下配置成输出H（高）有效模式，在待机和睡眠模式下配置成L（低）输出，能够减少MCU的I/O口电流消耗。当某些I/O口，外部需要具有上拉电阻，则将MCU的输出配置改为漏极开路输出，避免设置成输出低电平产生消耗电流。

通过以上几种组合设计，能够有效减少静态电流消耗，同时针对静态电流的验证和问题查找，需要认真仔细，尤其在后期PCB板级调试时，需要对各个IC的每个引脚进行认真仔细的测试。实际测试结果如表2所示。

表2 实际测试结果

4 结束语

静态电流设计是T-BOX设计的重点，为了满足目标需求，在产品选型设计阶段就应该有所规划，静态电流越大，对蓄电池的容量消耗越大，车辆存放时间就越短。因此合理的架构设计、有效的模式分配、低静态功耗IC的选用、软件的正确配置是有效的解决办法。