車載T-Box 1PPS輸出電路設(shè)計

常 君，葉 丹，隋 瑤

（大連東軟智行科技有限公司，遼寧 大連 116085）

1PPS秒脈沖（1 Pulse Per Second）是一種精準(zhǔn)的時鐘同步信號，利用1PPS秒脈沖可以為電路內(nèi)部或外部設(shè)備提供精準(zhǔn)的校時。通常在車載T-Box上能夠輸出1PPS信號的設(shè)備有GPS模組或具有1PPS輸出功能的5G模組，而GPS模組輸出的1PPS信號的幅度是+3.3V，5G模組輸出的信號幅度是+1.8V，當(dāng)提供給其他設(shè)備需要提升較高的電平（>8V）傳輸，才能夠避免由于長線傳輸帶來的信號幅度衰減。

基于上述目的，本文提出一種車載T-Box 1PPS輸出電路，將輸入的低電平信號轉(zhuǎn)換成高電平輸出，提供給其他設(shè)備使用，整個電路由硬件電路實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)精簡，具備防護功能。

1 方案設(shè)計

1）輸入接口部分：模組輸出的1PPS信號通過1PPS_IN輸入，幅度為+1.8V/+3.3V脈沖方波。

2）供電部分：整個電路工作時需要通過T-Box在VCC處提供+8～+16V電源。

3）電平轉(zhuǎn)換開關(guān)部分：由R1、R2、Q1、R3、R4、Q2組成。其中，Q1為三極管，起到使能開關(guān)的作用。R1、R2為分壓網(wǎng)絡(luò)電阻，R4為上拉電阻，R3為串行電阻。Q2為受控三極管，起到電平轉(zhuǎn)換開關(guān)作用。

4）電平提升網(wǎng)絡(luò)：由D1構(gòu)成。

5）防反保護部分：由D2二極管構(gòu)成。

6）電阻網(wǎng)絡(luò)：由R5、R6構(gòu)成，正常工作時，R5、R6起到分壓作用；當(dāng)外接引腳短地，R5同時起到防過流保護功能；當(dāng)無外接設(shè)備時，R6是下拉電組，可以防止輸出引腳懸空，穩(wěn)定電平的作用。

7）靜電保護部分：由防靜電（ESD）二極管VS1構(gòu)成。

8）其他：C1為電源濾波電路。

系統(tǒng)框圖如圖1所示，詳細電路圖如圖2所示。

另外，“吃禁果”是男女之情的隱喻，摩西說得過于委婉，可人們還是猜得出來，繁衍后代就等于生生不息，永遠不死了。

圖1 系統(tǒng)框圖

圖2 詳細電路圖

2 具體實施內(nèi)容

詳細執(zhí)行過程如下。

1）工作過程：當(dāng)在1PPS_IN處輸入1PPS控制信號時，幅度為+1.8V/+3.3V，經(jīng)電阻R1、R2分壓后，調(diào)整合適的分壓比，送入三極管Q1基極，三極管Q1飽和導(dǎo)通對地，此時三極管Q1的集電極為低電平，促使三極管Q2管飽和導(dǎo)通，電源由VCC處經(jīng)過防反二極管D2、電阻分壓網(wǎng)絡(luò)R5、R6輸出至1PPS_OUT，提供給外接設(shè)備使用；當(dāng)輸入1PPS_IN的信號為低電平時（0V），三極管Q1處于截止工作狀態(tài)，同時三極管Q2也處于截止工作狀態(tài)，電源無法輸出至1PPS_OUT，此時提供給外接設(shè)備為低電平（0V）。

2）電平提升網(wǎng)絡(luò)：由D1構(gòu)成，當(dāng)外接1PPS_IN引腳輸入電平經(jīng)R1、R2電阻分壓網(wǎng)絡(luò)分壓后，輸入至三極管Q1的基級電平幅度>1.4V時，三極管Q1才飽和導(dǎo)通，優(yōu)點是提升了三極管飽和導(dǎo)通控制電平幅度，避免了一些潛在的干擾。

3）外接輸出（短地）保護：當(dāng)外接1PPS_OUT引腳輸出誤短接地，此時施加在1PPS_OUT引腳的電壓為0V，由于R5具有限流作用，避免了過流損壞整個電路的現(xiàn)象發(fā)生。

4）外接輸出（短電源）保護：當(dāng)外接1PPS_OUT引腳輸出誤短接電源時（VCC），此時施加在1PPS_OUT引腳的電壓為外接電源電壓，由于二極管D2處于反向工作截止?fàn)顟B(tài)，起到了防反保護的作用，此時內(nèi)部電路仍處于正常工作狀態(tài)。

5）靜電保護：靜電保護主要由放置在1PPS_OUT接口處的防靜電（ESD）二極管VS1完成。當(dāng)模塊外接1PPS_OUT端子引腳在做ESD測試時，需要用ESD槍對1PPS_OUT端子進行放電，靜電槍會在很短時間之內(nèi)產(chǎn)生較大的ESD電流，并且電流迅速沿PCB線路傳播，當(dāng)大電流流入到VS1入極時，通過VS1將大電流泄放到大地，起到了保護接口電路的作用。

實際測試圖如圖3所示，上升沿局部放大圖如圖4所示，滿足客戶<1μs需求。

圖3 實際測試圖

圖4 局部放大圖

3 結(jié)束語

本文設(shè)計采用了硬件分離元件電路形式實現(xiàn)了對1PPS信號轉(zhuǎn)換功能，在接口處采用了防反、輸出分壓、靜電保護等部分電路防護措施，更好應(yīng)對車載環(huán)境下防靜電、防誤接等實驗測試需求。另外，在本設(shè)計中，在三極管Q1支路上串接二極管D1，對輸入電平幅度起到了提升的作用，避免了一些潛在的干擾，大大提高了T-Box系統(tǒng)的可靠性，有效保證了設(shè)備持續(xù)而穩(wěn)定地工作。