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第一部分:OBD-II 系统和协议

Circuit Protection, ESG

Anindita Bhattacharya

Anindita Bhattacharya

Principal Solutions Architect

第一部分:OBD-II 系统和协议假设您在网上买了东西,一直盼着包裹早日送达。您每天望眼欲穿,可快递员迟迟不来。使用手机或计算机上的跟踪系统,就可以确切知道包裹何时送达。或假设您的孩子放学后被接到托管班,您想知道孩子是否已安全到达目的地。如果能在手机上跟踪孩子所坐的车辆,那就太方便了。

幸好,车辆跟踪系统已经成为现实。车辆跟踪系统使用插到车载诊断 (OBD) 端口的全球定位系统 (GPS) 跟踪器。在车辆行驶过程中,内置天线的 GPS 跟踪器会将有关车辆确切位置、速度、时间以及其他相关信息的数据实时发送到网络服务器。指定的接收器从服务器获取数据,并将其转换为可由计算机或智能手机应用程序使用的格式,以跟踪车辆。

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车载诊断 (OBD) 端口

近年来,汽车中应用的电子技术数量激增,整车有了翻天覆地的改进。其中一项重大进步是内置的计算机系统,用于监测和控制车辆的健康功能,如发动机排放、燃油喷射、行驶速度、防抱死制动等。计算机通过不同的传感器接收信息并调整所需的参数,确保车辆的各项功能保持最佳状态。例如,汽车计算机根据需要调整发动机参数,将排放保持在临界极限之内。几个电子控制单元 (ECU) 专门用于管理关键车辆功能,每个 ECU 都内置有微控制器。现代汽车中大约有 50 个或更多的 ECU。微控制器从传感器接收数据、进行计算,并在需要时通过通讯通道(如流行的控制器局域网 (CAN))发送命令。

现代汽车中的一个控制单元是一种基于计算机的系统,称为车载诊断 (OBD) 系统。1990 年的 Federal Clean Air Act Amendments(联邦清洁空气法修正案)要求所有在 1996 年或之后生产的新车辆都要内置标准化的 OBD 系统。该系统被称为 OBD-II 系统,可生成诊断故障代码 (DTC)。当仪表板上显示故障警告时,维护工程师可将 OBD-II 扫描工具插入 OBD-II 端口来获取故障代码。可通过数据链路连接器 (DLC) 接入此端口。这些代码可帮助维护人员迅速确定故障原因并快速准确地修复。DLC 是一个 16 针诊断连接器,位于仪表板下方,驾驶员座椅附近。DLC 或 OBD-II 端口的主要作用是下载故障代码并查找故障原因。但端口通常保持未使用状态。采用当今智能技术的车辆跟踪系统将诊断代码用于其他目的,如通过 GPS 跟踪车辆。要获取车辆跟踪数据,只需将任何 GPS 跟踪器插入 16 针 OBD-II 端口,它就会收集数据。

即使车辆已上锁且点火开关中没有插入钥匙,OBD-II 端口也可持续获得 12V 电瓶供电。我们可以根据需要在 OBD-II 端口上插入和拔下车辆跟踪器。在永久供电插座上的热插拔可能导致高达数百伏的静电放电 (ESD),造成电路损坏。可在 GPS 跟踪器引脚所连的每条数据线上安装一个瞬态电压抑制 (TVS) 二极管,为电路提供 ESD 保护。TVS 二极管可在不到一纳秒的时间内锁定系统级 ESD 峰值,转移数据端口的高电流,保护数据端口不受 ESD 威胁。它们有效地钳制了高压峰值,可避免 GPS 跟踪器和汽车系统损坏。在正常工作条件下,TVS 二极管向 GPS 跟踪器电路提供一条高阻抗路径,因此设备是开路的,不会干扰信号传输。

很显然,下一个问题是如何确定需要哪种 TVS 二极管来保护 OBD-II 端口 16 个引脚中的哪个引脚。还有一个重要决定,那就是我们是否可以为每个引脚使用一个 TVS 二极管,或为一组引脚使用多线 TVS 二极管。要找到这些问题的答案,我们需要详细了解 OBD-II 端口连接器中 16 个引脚的相关信号类型和电气特性。

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OBD-II 引脚配置和协议

图一图 1:OBD-II 连接器和引脚排列

图 1 展示了名为 J1962 连接器的 OBD-II 16 针诊断连接器及其引脚配置。引脚 16 供电并连接到汽车电瓶。引脚 4 和 5 接地。引脚 6 和 14 分别连接到 CAN 总线高电平和 CAN 总线低电平信号。引脚 2 和 10 使用 SAE J1850 协议,引脚 2 连接正极,引脚 10 连接负极。引脚 7 和 15 分别使用 ISO9141 协议的 K 线和 L 线。引脚 1、3、8、9、11、12 和 13 留空,可用于其他目的。


OBD-II permits mostly four different communication protocols (shown in T

able 1) to communicate with the OBD-II interface. Each vehicle manufacturer has their own preference of protocol.

表-1图二

  • ISO 15765:ISO 15765 是通过 CAN 总线发送数据的国际标准。CAN 由两条线组成,分别是 CAN 高电平和 CAN 低电平。传输任何数据时,CAN 高电平达到 3.75V,而 CAN 低电平(引脚 14)降至 1.25V。当 CAN 总线不传输任何数据时,CAN 高电平和 CAN 低电平都保持为 2.5V。该标准定义的最大数据传输速率为 1Mbps。CAN 高电平连接到引脚 6,CAN 低电平连接到引脚 14。
  • ISO 9141-2:ISO 9141-2 是异步串行通信,它使用两个信号 K 和 L。K 信号基本上是大多数 OBD-II 通信的媒介。L 信号用于总线的初始化。最大数据传输速率为 10.4Kbps,最大信号电压为 12V。K 线连接到引脚 7,L 线连接到 OBD-II 端口的引脚 15。
  • SAE J1850 (PWM):SAE J1850 协议由汽车工程师学会 (SAE) 制定。SAE J1850 PWM 由使用差分传输方案的脉冲宽度调制方法实现。PWM 的信号传输速率为 41.6 kbps。最大电压电平为 5V。SAE J1850 总线 + 和 SAE J1850 总线 – 分别连接到 OBD-II 端口的引脚 2 和 10。
  • SAE J1850 (VPW):SAE J1850 VPW 通过可变脉冲宽度方法实现,并使用一根信号线和一根接地线。PWM 的信号传输速率为 10.4 kbps。最大电压电平为 7V。

This is the first part in a blog series about ESD protection of OBD-II ports. 

READ PART 2 OF ESD protection of OBD-II ports

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