混合信號微控制器提升車用嵌入式系統

　通過網絡連接不同系統以分享信息、進行監控及增加安全性，汽車相關應用正日益精進。隨著復雜度的提高，車用系統需采用更有效的電子元器件來節省空間，這也意味著印刷電路板（PCB）上的元器件勢必越來越少，半導體廠商必須提供整合性與性能都更強的產品，尤其是各種微控制器（MCU）。

　　微控制器已被廣泛使用在車用設備上，且被賦予控制更多系統功能及精簡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足設計人員的此項需求，混合信號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，進而縮減了電路板面積。印刷電路板上有越多相互聯結的組件，往往意味著可能出現越多的穩定性問題，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，此特點允許設計人員動態衰減輸入信號以符合電壓參考，這項特色有下述兩項優勢。

　　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，也就是說設計人員的信號不會被削減，可以充分利用所有輸出碼至最大動態范圍。

　　其二在于此項技術可被運用于消除各個傳感器之間，如校正等變異，隨之而來的優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。

　　專用的車用序列總線也提供了設計人員效能方面的優勢。舉例來說，提供32獨立信息的CAN 2.0引擎可支持大量網絡流量，通過集成專用的區域互聯網絡（LIN）2.1控制器，而不由軟件進行LIN仿真，汽車設計人員可以更進一步強化設計。由硬件來完成8字節信息緩沖、硬件同步以及產生檢查碼，如此可釋放出更多CPU資源，且能允許更復雜的LIN拓撲。

　　車用嵌入式設備的設計人員另一項主要考慮是“運用彈性”，過去的傳統是微控制器使用固定的多任務機制，所以設計人員被限制只能選擇符合特定引腳的資源。混合信號微控制器可以利用交叉開關矩陣，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，這種彈性簡化了設計時間。

　　其中一例是復用資源的能力，設計人員可以有兩個獨立的LIN總線，并可于運行中動態重新映射分配(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的裝置，微控制器資源可被使用于聯結測試儀，從而加速校正并大幅縮短整體測試時間。

　　一旦系統校正完成，參數會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 消除車用系統內的噪聲

　　由設計的觀點更進一步來看，數字隔離器在CAN物理層及運行于總線的微控制器之間產生隔離段，可隔離常見的車用系統因噪聲造成的影響，進一步增強性能。如圖2所示，這是消除車用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境下的應用。