混合信號(hào)微控制器提升車用嵌入式系統(tǒng)

　　通過網(wǎng)絡(luò)連接不同系統(tǒng)以分享信息、進(jìn)行監(jiān)控及增加安全性，汽車相關(guān)應(yīng)用正日益精進(jìn)。隨著復(fù)雜度的提高，車用系統(tǒng)需采用更有效的電子元器件來節(jié)省空間，這也意味著印刷電路板(PCB)上的元器件勢(shì)必越來越少，半導(dǎo)體廠商必須提供整合性與性能都更強(qiáng)的產(chǎn)品，尤其是各種微控制器(MCU)。

　　微控制器已被廣泛使用在車用設(shè)備上，且被賦予控制更多系統(tǒng)功能及精簡電路板空間的重大責(zé)任。8位混合信號(hào)微控制器提供多種方式以滿足設(shè)計(jì)人員的此項(xiàng)需求，混合信號(hào)微控制器通過增添硬件功能來消除物料清單(BOM)上額外的器件需求。改良后的微控制器可以增加速率、減少內(nèi)存尺寸以及擴(kuò)充芯片周邊，且這些都必須在極小的面積上完成。

　　如圖1所示，采用整合方案不僅可節(jié)省空間，還可省下最高0.70美元的成本。這是因?yàn)槭褂没旌闲盘?hào)微控制器可以免去使用外部組件，如參考電壓源、調(diào)節(jié)器以及共振器，進(jìn)而縮減了電路板面積。印刷電路板上有越多相互聯(lián)結(jié)的組件，往往意味著可能出現(xiàn)越多的穩(wěn)定性問題，現(xiàn)在由于所需組件減少了，穩(wěn)定性便可大幅提升。

　　圖1 傳統(tǒng)系統(tǒng)物料清單(左)與高集成度的混合信號(hào)MCU(右)的比較

　　另一項(xiàng)獨(dú)一無二的特色是此整合式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器也是可調(diào)式衰減器，此特點(diǎn)允許設(shè)計(jì)人員動(dòng)態(tài)衰減輸入信號(hào)以符合電壓參考，這項(xiàng)特色有下述兩項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。

　　其一是所有高于參考電壓的輸入信號(hào)可以利用全范圍的輸出碼，也就是說設(shè)計(jì)人員的信號(hào)不會(huì)被削減，可以充分利用所有輸出碼至最大動(dòng)態(tài)范圍。

　　其二在于此項(xiàng)技術(shù)可被運(yùn)用于消除各個(gè)傳感器之間，如校正等變異，隨之而來的優(yōu)勢(shì)是設(shè)計(jì)人員可使用成本較低的傳感器，從而于系統(tǒng)內(nèi)校正這些傳感器。如此可用低成本傳感器達(dá)到與昂貴的精確傳感器等同的效果。

　　專用的車用序列總線也提供了設(shè)計(jì)人員效能方面的優(yōu)勢(shì)。舉例來說，提供32獨(dú)立信息的CAN 2.0引擎可支持大量網(wǎng)絡(luò)流量，通過集成專用的區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)2.1控制器，而不由軟件進(jìn)行LIN仿真，汽車設(shè)計(jì)人員可以更進(jìn)一步強(qiáng)化設(shè)計(jì)。由硬件來完成8字節(jié)信息緩沖、硬件同步以及產(chǎn)生檢查碼，如此可釋放出更多CPU資源，且能允許更復(fù)雜的LIN拓?fù)洹?/p>

　　車用嵌入式設(shè)備的設(shè)計(jì)人員另一項(xiàng)主要考慮是“運(yùn)用彈性”，過去的傳統(tǒng)是微控制器使用固定的多任務(wù)機(jī)制，所以設(shè)計(jì)人員被限制只能選擇符合特定引腳的資源?；旌闲盘?hào)微控制器可以利用交叉開關(guān)矩陣，也就是可編程交換結(jié)構(gòu)，讓設(shè)計(jì)人員安排數(shù)字外設(shè)于可用的I/O引腳，這種彈性簡化了設(shè)計(jì)時(shí)間。

　　其中一例是復(fù)用資源的能力，設(shè)計(jì)人員可以有兩個(gè)獨(dú)立的LIN總線，并可于運(yùn)行中動(dòng)態(tài)重新映射分配(re-map)引腳，這可節(jié)省成本并賦予混合信號(hào)微控制器獨(dú)特的靈活性。

　　另一例是使用縱橫式矩陣來減少程序化與校正的成本，許多設(shè)計(jì)人員必須于印刷電路板組裝末期使用測(cè)試儀來校正系統(tǒng)，在此階段，特殊的校正中間件可以被編程到與測(cè)試儀互動(dòng)的裝置，微控制器資源可被使用于聯(lián)結(jié)測(cè)試儀，從而加速校正并大幅縮短整體測(cè)試時(shí)間。

　　一旦系統(tǒng)校正完成，參數(shù)會(huì)被存儲(chǔ)于非易失內(nèi)存(NVM)，設(shè)備的中間件也可被編程至微控制器。

　　圖2 消除車用系統(tǒng)內(nèi)的噪聲

　　由設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)更進(jìn)一步來看，數(shù)字隔離器在CAN物理層及運(yùn)行于總線的微控制器之間產(chǎn)生隔離段，可隔離常見的車用系統(tǒng)因噪聲造成的影響，進(jìn)一步增強(qiáng)性能。如圖2所示，這是消除車用CAN以及LIN出現(xiàn)的接地回路的好方法，也適用在處于電子噪聲環(huán)境下的應(yīng)用。