基于混合信號技術(shù)的汽車(chē)單芯片設計

隨著(zhù)汽車(chē)部件電子化程度的不斷提高，汽車(chē)工程師們正積極地尋求車(chē)輛系統中的先進(jìn)控制和接口技術(shù)解決方案。目前，汽車(chē)系統中用來(lái)嵌入這些功能單元的空間和能源十分有限。汽車(chē)工程師們正借助于新穎的高壓混合信號技術(shù)將復雜的——截至目前還不兼容的元件功能集成到一塊芯片上。

LIN總線(xiàn)系統

由于其相對較低的造價(jià)，LIN總線(xiàn)正被廣泛應用于汽車(chē)的分布式電氣控制系統中，如控制電動(dòng)車(chē)窗、調節后視鏡和車(chē)前燈等部位的步進(jìn)馬達和直流電源，或管理傳感器采集到的關(guān)于氣溫或座位位置的信息等。LIN總線(xiàn)的傳輸字節高達20kbps.基于單主節點(diǎn)、多個(gè)從節點(diǎn)的結構，通常，從節點(diǎn)安裝在收發(fā)器、微控制器、傳感器的接口或由分立元件組成的激勵驅動(dòng)器的周?chē)?。最近研制出了一種帶有LIN總線(xiàn)異步收發(fā)裝置（UART）的微控制器，這種微控制器可同集成有其它從節點(diǎn)模塊（如LIN總線(xiàn)收發(fā)器、電壓調節器、看門(mén)狗定時(shí)器、激勵驅動(dòng)器和傳感器接口）的附件一起配套使用。目前，AMI半導體（AMIS）公司利用混合信號技術(shù)將關(guān)鍵的從節點(diǎn)模塊全部集成在了一個(gè)功能專(zhuān)一、功耗低、符合標準IP模塊的芯片上，將LIN總線(xiàn)的發(fā)展又推進(jìn)了一步。該方案的特點(diǎn)有：

◇集成RC振蕩器，誤差≤15%；

◇專(zhuān)用IP模塊（如DC或微型步進(jìn)馬達驅動(dòng)器）；

◇遵守LIN總線(xiàn)V1.3協(xié)議；

◇傳輸速率高達20kbps（特殊的結構設計）；

◇低頻收發(fā)；

◇睡眠/旁路模式中的低電流損耗；

◇滿(mǎn)足潛在的市場(chǎng)需求。

AMIS的方案提供了應用層和數據鏈路層需要的所有主要功能模塊。這些功能模塊可以用VHDL代碼編程、用AMIS開(kāi)發(fā)板評估，下文將對它們作簡(jiǎn)要的介紹。

帶有數字濾波器的采樣模塊

該模塊從接收器中采集信號，并將結果數據流通過(guò)數字濾波器，以除掉由于LIN總線(xiàn)信號的衰減可能造成的偽傳輸。因此，該模塊提高了LIN協(xié)議在惡劣環(huán)境中應用的性能，并最大程度上減少了同步和數據采樣中的問(wèn)題。

同步機

同步機模塊從同步域中提取所需的信息，以決定編碼器和解碼器的準確采樣速率。該模塊具有內部晶振，并采用了一種可將傳統的UART技術(shù)中偶爾發(fā)生的舍/入誤差減到最小的技術(shù)。同步機的主要優(yōu)點(diǎn)在于能用較低的時(shí)鐘頻率來(lái)執行LIN協(xié)議。例如，可以使用一個(gè)250KHz的主時(shí)鐘及15%的容差來(lái)獲得精確無(wú)誤的通訊。另外，AMIS的方案實(shí)現了占空比較大的變化范圍。典型的UART在晶振零誤差的情況下能實(shí)現占空比在33~66%間的變化。然而，運用AMIS解決方案可實(shí)現占空比在12~88%間的變化，并能完全適應晶振的誤差。在對物理層參數提供了較大容差的同時(shí)，也提高了對占空比影響較大的電磁兼容性。

標識符濾波器及其動(dòng)態(tài)管理

主節點(diǎn)在系統運行的初始及運行過(guò)程中依據需要發(fā)布不同的從指令標識符。為此，從節點(diǎn)要包含一定數目的寄存器。ROM指令數陣列指的是從節點(diǎn)中執行的不同指令，在RAM或EEPROM中含有相應的標識符。地址寄存器模塊識別同一LIN總線(xiàn)上的不同從節點(diǎn)，而第二ROM陣列是為不同的應用和執行過(guò)程識別不同的從節點(diǎn)。標識符濾波器依據分配的標識符以決定指令的執行與否，若標識符存在于隊列中，則執行該指令，否則不執行。

糾錯

錯誤識別模塊處于數據鏈路層，而糾錯卻是在應用層執行。因此，由嵌入式微控制器在軟件中定義誤差量。應用層中的糾錯模塊包含一個(gè)狀態(tài)寄存器，每一種錯誤都有一個(gè)對應的錯誤標志位，并由該標志位向微處理器的內核產(chǎn)生一個(gè)中斷請求。錯誤標志可通過(guò)對狀態(tài)寄存器執行讀操作來(lái)清除。每次錯誤直接中斷通訊，從而導致一個(gè)位錯誤以停止發(fā)送字節。進(jìn)而這一幀信息被忽略，從節點(diǎn)等待下一個(gè)中斷域。

幀緩沖器

幀緩沖器是將送給微處理器內核的中斷減到最小的另一個(gè)途徑。它與標識符濾波器配合使用，可將中斷的數量減到每幀一次。該緩沖器中含17個(gè)字節（一個(gè)標識符、八個(gè)發(fā)送字節、八個(gè)接收字節）。

內核/狀態(tài)機及應用接口

根據需要，AMIS可提供不同的內核。內核與LIN控制器間通過(guò)中斷信號和特殊功能寄存器（SFR）實(shí)現連接，LIN控制器可看作是SFR總線(xiàn)上的一個(gè)外圍器件。除了這些LIN總線(xiàn)特點(diǎn)外，與同類(lèi)半導體處理技術(shù)平臺一樣，AMIS開(kāi)發(fā)了一個(gè)廣泛的IP模塊庫，包括貳⑵和SAR ADC模塊、輸出電流可達0.3A的延時(shí)觸發(fā)器及輸出電流達3A的H橋。當然，運用從節點(diǎn)只是整個(gè)功能中的一部分，通過(guò)給它們提供足夠功率以將它們集成在當今汽車(chē)中是汽車(chē)電氣工程師的下一個(gè)重要挑戰。

42V電源技術(shù)方案

一個(gè)理想的汽車(chē)電源方案中，電源等級將會(huì )從傳統的12V電池電壓轉換成42V電源系統。而在42V系統中，電源等級還將會(huì )不斷地升高。例如，系統整個(gè)壽命周期中的最大工作電壓設定在50V，如果存在著(zhù)8V最大動(dòng)態(tài)過(guò)電壓，電源電壓就會(huì )達到58V.增加一個(gè)12V的外部驅動(dòng)負荷泵，將會(huì )使系統的電壓需求達到70V，再增加一個(gè)ESD保護窗，系統電壓將達到80V.而且汽車(chē)的半導體器件不僅要承受較高的電壓，同時(shí)還必須具備足夠的魯棒性以滿(mǎn)足其苛刻的運行環(huán)境，比如，應滿(mǎn)足運行溫度在-40℃~+200℃范圍的需求。到目前為止，承受較高電壓和滿(mǎn)足苛刻運行條件的需求是42V汽車(chē)電子系統應用智能SoC技術(shù)的重大障礙。

AMI半導體的I3T80是一種基于0.35mm CMOS工藝的80V電源智能模塊集成技術(shù)。滿(mǎn)足42V汽車(chē)系統惡劣的運行條件。由此技術(shù)開(kāi)發(fā)出的設備包括電機控制驅動(dòng)器、DC-DC變換器、具有帶寬濾波器的高精度模擬電路以及ADC和DAC等。而且I3T80能夠嵌入集成總計超過(guò)150000個(gè)門(mén)電路，其通信協(xié)議模塊包括PLL、USB、總線(xiàn)協(xié)議控制器、CAN和LIN通信控制器。除此之外，它還提供了ROM和RAM存儲器。

高集成度、高可靠性SoC解決方案要求能夠簡(jiǎn)化執行步驟，減少與不同電子系統之間的控制和接口成本。AMIS的高電壓、混合信號技術(shù)滿(mǎn)足了這種需要。它把半導體解決方案與專(zhuān)用IP模塊結合在一起，能夠滿(mǎn)足任何標準接口通信總線(xiàn)（LIN、CAN）節點(diǎn)應用，同時(shí)與42V電壓等級方案兼容。