混合信號微控制器提升車(chē)用嵌入式系統

　　通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接不同系統以分享信息、進(jìn)行監控及增加安全性，汽車(chē)相關(guān)應用正日益精進(jìn)。隨著(zhù)復雜度的提高，車(chē)用系統需采用更有效的電子元器件來(lái)節省空間，這也意味著(zhù)印刷電路板(PCB)上的元器件勢必越來(lái)越少，半導體廠(chǎng)商必須提供整合性與性能都更強的產(chǎn)品，尤其是各種微控制器(MCU)。

　　微控制器已被廣泛使用在車(chē)用設備上，且被賦予控制更多系統功能及精簡(jiǎn)電路板空間的重大責任。8位混合信號微控制器提供多種方式以滿(mǎn)足設計人員的此項需求，混合信號微控制器通過(guò)增添硬件功能來(lái)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、減少內存尺寸以及擴充芯片周邊，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省空間，還可省下最高0.70美元的成本。這是因為使用混合信號微控制器可以免去使用外部組件，如參考電壓源、調節器以及共振器，進(jìn)而縮減了電路板面積。印刷電路板上有越多相互聯(lián)結的組件，往往意味著(zhù)可能出現越多的穩定性問(wèn)題，現在由于所需組件減少了，穩定性便可大幅提升。

　　圖1 傳統系統物料清單(左)與高集成度的混合信號MCU(右)的比較

　　另一項獨一無(wú)二的特色是此整合式模擬數字轉換器也是可調式衰減器，此特點(diǎn)允許設計人員動(dòng)態(tài)衰減輸入信號以符合電壓參考，這項特色有下述兩項優(yōu)勢。

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

　　其二在于此項技術(shù)可被運用于消除各個(gè)傳感器之間，如校正等變異，隨之而來(lái)的優(yōu)勢是設計人員可使用成本較低的傳感器，從而于系統內校正這些傳感器。如此可用低成本傳感器達到與昂貴的精確傳感器等同的效果。

　　專(zhuān)用的車(chē)用序列總線(xiàn)也提供了設計人員效能方面的優(yōu)勢。舉例來(lái)說(shuō)，提供32獨立信息的CAN 2.0引擎可支持大量網(wǎng)絡(luò )流量，通過(guò)集成專(zhuān)用的區域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )(LIN)2.1控制器，而不由軟件進(jìn)行LIN仿真，汽車(chē)設計人員可以更進(jìn)一步強化設計。由硬件來(lái)完成8字節信息緩沖、硬件同步以及產(chǎn)生檢查碼，如此可釋放出更多CPU資源，且能允許更復雜的LIN拓撲。

　　車(chē)用嵌入式設備的設計人員另一項主要考慮是“運用彈性”，過(guò)去的傳統是微控制器使用固定的多任務(wù)機制，所以設計人員被限制只能選擇符合特定引腳的資源?；旌闲盘栁⒖刂破骺梢岳媒徊骈_(kāi)關(guān)矩陣，也就是可編程交換結構，讓設計人員安排數字外設于可用的I/O引腳，這種彈性簡(jiǎn)化了設計時(shí)間。

　　其中一例是復用資源的能力，設計人員可以有兩個(gè)獨立的LIN總線(xiàn)，并可于運行中動(dòng)態(tài)重新映射分配(re-map)引腳，這可節省成本并賦予混合信號微控制器獨特的靈活性。

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

　　一旦系統校正完成，參數會(huì )被存儲于非易失內存(NVM)，設備的中間件也可被編程至微控制器。

　　圖2 消除車(chē)用系統內的噪聲

　　由設計的觀(guān)點(diǎn)更進(jìn)一步來(lái)看，數字隔離器在CAN物理層及運行于總線(xiàn)的微控制器之間產(chǎn)生隔離段，可隔離常見(jiàn)的車(chē)用系統因噪聲造成的影響，進(jìn)一步增強性能。如圖2所示，這是消除車(chē)用CAN以及LIN出現的接地回路的好方法，也適用在處于電子噪聲環(huán)境下的應用。