當今軍事沖突中的空域充滿了各種尺寸的無人機 - 從特種部隊的手動發射車輛到飛行員在距離沖突地區數千英里的地方飛行的噴氣動力捕食者無人機。地面上有自主和無線控制的機器人車輛，從高風險巡邏到爆炸性彈藥引爆和解除武裝，應有盡有。

這些機器人車輛支持各種軍事任務，從秘密情報收集到直接支持地面部隊和公開的軍事打擊。而這只是觸及了戰場上自主移動的表面。片上系統 （SoC） 可推進微調混合信號設計，從而降低功耗和費用。

機器人在戰爭中的使用可以追溯到第二次世界大戰，德國歌利亞遙控爆炸車輛和蘇聯的無線控制無人駕駛的Teletanks。今天，軍事機器人部隊也拯救了生命。正如機器人系統和組件的設計師和工程師可能知道也可能不知道的那樣，他們在實現這些系統和未來系統方面發揮了重要作用。然而，開發這些系統并非易事。機器人系統以其最基本的形式模擬或以其他方式人為地感知其環境，并通過編程邏輯響應并與周圍環境進行交互。就復雜的嵌入式系統而言，它們是模擬傳感、驅動和數字邏輯、處理和通信的終極組合。雖然混合信號設計并不是一個新概念，但構成這些設計的基本組件（包括片上系統（SoC））的最新進展提供了以更低的功率要求和更低的成本更輕松地實現機器人子系統的方法。

用于機器人技術的傳感技術

與現實世界的相互作用本質上是模擬的。機器人系統不僅能夠準確地感知周圍環境，而且能夠以高分辨率感測周圍環境，從而為系統提供數據輸入流，以更有效地做出正確的決策和做出響應。例如，為了使機器人哨兵能夠有效地保護周邊，系統必須能夠監控和檢測運動 - 無論是通過視覺，聲音還是觸摸。通過使用高精度熱傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器和/或光學模擬傳感器的組合，機器人可以看到的原始輸入可以流式傳輸到可編程的運動檢測算法中，以測量快照和處理決策過程之間的變化 - 有效地進行模數轉換。響應本身也是一個模擬過程（即，機器人與其環境交互需要運動，電機和電機控制），實際上是數模轉換。

機器人系統的大腦位于數字領域?；谵D換后的模擬信號，響應這些信號的預編程邏輯步驟由機器人大腦和/或外部傳達給機器人的命令執行。例如，在機器人哨兵中，在檢測算法向該大腦提供警報后，執行一系列預編程的邏輯函數以穩定地增加機器人的整體警覺性狀態。這是通過執行恐嚇行動來完成的，以阻止入侵者通過泛光燈，口頭警告等撤退。

從歷史上看，為機器人哨兵等系統而設計的設計需要傳感器、昂貴的模擬分立式ADC、放大器、高精度基準電壓源、DAC、PWM以及多個處理器和微控制器。這些是構成單個感知 - 檢測 - 決定 - 響應 - 報告子系統的組件 - 只是機器人哨兵將負責的眾多功能之一。僅實現這一項功能的挑戰是選擇合適的模擬分立元件（ADC、放大器、Vrefs、DAC等），這些元件是為所選高精度傳感器設計或與之兼容的。選擇數字組件、處理器，甚至潛在的自定義邏輯門來構建報警級狀態機以實現適當的決策和響應也很困難。這不僅是一項復雜而具有挑戰性的任務，而且如果其中任何部分需要重新定義 - 也許更換傳感器，添加額外的傳感器，添加額外的響應機制等等 - 同樣復雜的任務必須再次重復。最后，大量的分立元件也迅速增加了子系統的總BOM成本，并增加了功率要求，由于元件的數量而加倍影響系統。

混合信號 SoC 是關鍵

考慮到構建機器人系統的上述挑戰，好消息是混合信號可編程SoC架構和軟件工具可以減輕機器人設計負擔。通過將模擬、數字、邏輯和處理內核集成到單個混合信號器件中，設計人員可以實現系統成本節約，同時大大提高功率預算。這些類型的器件中模擬域和數字域中的系統級可編程性也簡化了通常困難且耗時的模擬設計過程;這些設備還提供了快速原型設計、測試的能力，甚至無需中繼設計，即可在此過程中更改和增量更新設計。例如，通過系統級可編程性，在這種設計水平上設計的工具為開發人員提供了一種在混合信號設備中定義信號鏈的方法，并且能夠隨著設計的進行修改同一信號流的任何部分。通過這種方式，可以使用所需分辨率、采樣速率、基準電壓源等參數，通過ADC本身在系統級定義信號路徑和配置元件。所有這一切都可以在使用賽普拉斯的 PSoC 架構和軟件工具 PSoC 創建器時無需查閱模擬組件數據手冊（圖 1）即可完成。

圖 1：混合信號可編程SoC軟件根據所需分辨率、采樣速率和基準電壓源等參數生成ADC。

圖1所示的PSoC創建器對話框根據所需分辨率、采樣速率和基準電壓源等參數生成ADC。如果系統要求發生重大變化，開發人員可以通過調整這些參數并重建系統應用程序來適應它們，而無需進行任何硬件修改。

混合信號 SoC 技術幫助機器人拯救這一天

軍事機器人是一個勇敢和自主的戰士，與戰場上的人類對手不同，它可以成為保護其所服務的人的可有可無的資產。通過使用最先進的可編程混合信號SoC架構和軟件，工程師可以在功率/成本預算范圍內更輕松地進一步發展這些機器人戰士，從而騰出更多的時間和精力在最重要的事情上：機器人的核心任務。

審核編輯：郭婷