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      摩托羅拉半導體器件在汽車電子中的應用

      更新時間: 2005-10-07 00:00:00來源: 粵嵌教育瀏覽量:5407

          從2002年開始駛入“幸福時光”的中國汽車業不斷“制造”令人意外的好消息。據國家計委數據顯示:2002年全國轎車的產、銷量突破百萬輛大關,分別達到109萬輛和112.6萬輛,增長55%和56%。整個汽車行業的產銷形勢也是一片大好,汽車產、銷量雙雙突破300萬輛大關,分別達到325萬輛和324.8萬輛,增幅逼近40%。2002年車市的異常紅火,使汽車產業超過了電子產業,成為拉動工業增長的重要動力。作為汽車產業與電子產業的完美結合,汽車電子業的發展將更加訊猛。據估計近幾年的年增長率均將超過50%,成為拉動汽車工業發展的重要因素。

          在未來的幾年中,汽車電子的發展將主要集中在汽車網絡、通訊系統、收音機、動力總成、底盤控制、安全系統以及車身控制方面。據Strategy Analytics分析, 汽車電子業總市值(Total Available Market,TAM)在2001年已達到111億美元、2006年將達到161億美元、2009年將達到187億美元。而在每輛轎車上的半導體器件平均用量2001年為205美元,到2009年將達到267美元。消費者對車輛需求的增加、網絡在車輛中的高速發展、安全與防盜需求的增加、機械系統到電子系統的轉換以及動力總成方面性能的提高,正在訊速地推動著半導體器件在汽車電子中發展。

          作為全球的汽車電子半導體器件供應商,摩托羅拉半導體部一直致力于汽車電子半導體器件的開發與推廣。其豐富的半導體器件可用于所有的汽車電子系統控制單元(ECU)中。據美國Strategy Analytics 2002年5月分析,摩托羅拉汽車電子半導體的市場占有率為12.9%,以于第二名(7.9%)5個百分點的優勢繼續在業界處于領跑地位。具體來講,摩托羅拉在嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor)方面處于位、在微控制器(Microcontroller)方面處于位、在傳感器(Sensor)、汽車用模擬器件(Automotive Analog)及無線產品(Wireless)中均處于位。

          摩托羅拉用于汽車電子的半導體器件主要包括:8/16位微控制器(包括HC08/HCS08、HC12/HCS12、HC05/HC11)、32位微控制器(包括PowerPC、ColdFire、ARM、CPU32/68K、HC16、M•CORE)、數字信號處理器(DSP)(包括DSP56800/E)、智能模擬器件(Analog)(包括智能功率器件(SmartMOS)、電子開關(E-Switch)、機械電子器件(Mechatronics))、傳感器(加速度傳感器、壓力傳感器、煙霧探測器件)以及駕駛員信息系統(Driver Information System,DIS)(包括mobilGT、數字音頻、數字收音機、DSP56300)。

          下面具體介紹一下我們主推的一些器件:

          HC08 8位微控制器是基于高性能Flash存儲器技術的低成本芯片。其數十種不同規格的產品可使用戶更方便地進行選擇,而其可至0.5美元的價格可以使汽車電子產品的成本更加低廉。以汽車電子中常用于CAN網絡控制的MC68HC908AZ60A為例,它是基于用戶定制集成電路(CSIC)的68HC08中的一款低成本、高性能8位微控制器(MCU)。908AZ60A采用增強型M68HC08中央處理單元(CPU08),其非富的各種功能模塊及專為汽車電子方面的設計可使用戶在設計汽車電子控制單元(ECU)時更加方便。 68HC908AZ60A的主要特性包括:
          高性能M68HC08架構
          目標代碼兼容與M6805、M146805和
          M68HC05
          高達8.4MHz的內部總線頻率
          60K字節電可擦除存儲器(FLASH)
          FLASH數據加密
          1K字節片內帶保密位的電可擦除可編程存儲器(EEPROM)
          2K字節片內RAM
          時鐘發生器模塊(CGM)
          串行外圍接口模塊(SPI)
          串行通訊接口模塊(SCI)
          8位,15通道模數轉換器(ADC-15)
          16位,6通道定時器接口模塊(TIMA-6)及2

          通道定時器接口模塊(TIMB-2)
          可編程中斷定時器(PIT)
          系統保護特性(包括帶復位選擇的看門狗(COP)電路、低電壓檢測、錯誤操作碼檢測和錯誤地址檢測)
          低功率設計(STOP和WAIT模式)
          主復位引腳和上電復位
          5位鍵盤中斷模塊
          MS-CAN控制器(CAN 2.0b)

          另外,摩托羅拉8位微控制器中還有具有一些特殊功能的芯片。如908LJ12具有LCD驅動及紅外功能;908MR系列具有強大的PWM功能,可以很好地進行電機控制;908RF2為雙內核結構,除微控制器外還集成了RF發射器,可以非常方便地用于遙控門鎖、輪胎壓力監測及其它可使用無線發射的系統;908SR12具有溫度及電流傳感器,使得電池管理變得非常方便。

          在講到8位微控制器時,我們有必要提到LIN(Local Interconnect Network)。作為CAN(Controller Area Network,通常為雙線雙向數據傳輸)的補充,LIN由一些汽車工業制造商與摩托羅拉共同為汽車工業推出。其傳輸速率僅可達到20K Bit/s,所以主要用于性能、傳輸速度和復雜性較低的系統中。但因其連接是基于普通的串行通訊接口及通用異步接收/傳送器(SCI/UART),甚至基于主從結構、單線單向的LIN的從動芯片可以用普通I/O口進行連接。因此其成本可以很低,可以有效地降低系統的整體成本。

          9S12 16位微控制器是基于16位HCS12 CPU及0.25微米、高速、高性能5.0V FLASH存儲器技術的中檔芯片。其較高的性能價格比使其非常適合用于一些中汽車電子控制系統。同時其較簡單的背景開發模式(BDM)(如圖1所示)使得開發成本進一步降低。也使得現場開發與系統升級變得更加方便。 9S12的性能主要包括:
          高達25MHz的主頻
          高達12K字節的RAM
          高達256K字節的FLASH存儲器
          高達4K字節的EEPROM
          16位8通道的定時器
          多路串行接口(SCI、SPI、I2C)
          多達5個的高速CAN控制器及J1850控制器
          16通道的8位或4通道16位A/D轉換器
          汽車級工作溫度(-40°C到125°C)
          而且其中還包括專用于汽車儀表盤控制的9S12H系列。當然,除了9S12,我們也有一些較早推出的普通912微控制器,也適用于一些中等復雜程度的控制系統中。如美國德爾福(Delphi)在中國大力推廣的發動機控制模塊(ECM)就大量使用了摩托羅拉的MC912DT128A微控制器。

          MPC5xx是高性能的32位微處理器,其特有的浮點運算單元可加速運算能力以支持復雜的系統應用。高性能的數據處理能力和大容量片內FLASH存儲器使得用戶的產品改進和升級更加容易。其高效率、相互兼容的PowerPC指令和低成本的開發方式可使用戶的產品更快地進入市場,并可使用戶軟件在MPC5xx之間方便地進行移植。
          其性能主要包括:
          高達40或56MHz的主頻
          高達32K字節的RAM
          高達1M字節的FLASH存儲器
          多達70通道的定時器處理單元(TPU)(包括PWM控制)
          高性能串行接口(SCI)
          多達3個的CAN控制器
          多達40通道的10位A/D轉換器
          低至2.6V的工作電壓
          汽車級工作溫度(-40°C到125°C) 并有代碼壓縮及雙向存儲器操作等多項附加功能。以上MPC5xx的綜合特性使其可方便地用于高性能的發動機管理、變速箱控制、制動控制、轉向控制及通訊系統等汽車電子領域。正如ZF變速箱電子部總監Runge博士所言:“ZF將使用摩托羅拉PowerPC來控制新的變速箱。公司之所以選擇摩托羅拉32位器件是因為其高速計算的能力,這里沒有第二種選擇,沒有別人還有類似于摩托羅拉的用于汽車的高性能微處理器。”

          智能模擬器件(Smart Analog)是摩托羅拉可用于汽車電子系統中非常有特色的一類芯片。由混合信號技術將普通模擬電路、高速CMOS電路及高電壓功率驅動電路組合成一體的智能模擬器件非常適于在惡劣的汽車電子環境中工作。其豐富的保護與診斷功能使得用戶的目標系統更加安全與智能化。也使得用戶的開發更加方便。如圖2所示,簡單來講,您只要使用摩托羅拉的微控制器與智能模擬器件(有一些系統可能還需要傳感器),就可以方便地設計出用戶的目標系統。摩托羅拉的智能模擬器件主要包括智能功率驅動器(SmartMOS)中的低端開關、高端開關、半橋驅動器及預驅動器;電源管理芯片中的開關型電壓調節器與線性電壓調節器;通訊協議芯片中的LIN/ISO-9141/J-1850物理層驅動芯片、CAN總線物理層驅動芯片及分布式系統接口芯片;特殊功能模擬器件中的發電機電壓調節器、觸點監測及輔助控制芯片;及用于分布式控制中的安全與傳感芯片。

          通常的智能功率驅動芯片均具有較強的電流驅動能力(能夠直接驅動負載)與各種完善的保護功能。如4路低端驅動器MC33385可以很方便地直接驅動電子燃油噴射系統中的4個噴油器或ABS系統中的線圈。而具有4路高端驅動和8路低端驅動的MC33888更是可以驅動多達12個的線圈、燈、繼電器或其它感性負載。而為繼電器替代所設計的MC33982更是以其極小的導通內阻(0.2毫歐姆)使其可以通過60A的持續電流。如果你需要控制電動窗或其它電機,那么使用類似于MC33186或MC33486等半橋驅動器將是明智的選擇。在電源芯片的選擇中,我們有一種叫做系統基礎芯片(SBC)的器件(如MC33989、MC33394等),它不但集成了數路5V、3.3V、2.6V電壓調節,同時還具有網絡(CAN/LIN)物理層驅動及看門狗、SPI等附加功能。當然,您也可以選擇只具有網絡(CAN:MC33388、LIN:MC33399)物理層驅動的芯片。

          摩托羅拉的傳感器(Sensor)種類雖然不多,但卻頗具特色。基于硅微機械加工的檢測單元與完善的信號調整與補償電路相結合,使其0-5V的輸出可以直接輸入到微控制器進行采集。外觀類似于普通芯片的X軸、Y軸、Z軸及X-Y軸雙向加速度傳感器不僅可用于安全氣囊系統的正面碰撞(40g)及側面碰撞(250g)檢測,也可使用我們低g值(1.5g至8g)的產品進行振動檢測、數據采集等工作。而壓力傳感器更是以其廣泛的壓力檢測范圍應用于包括發動機電子燃油噴射控制(進氣岐管壓力傳感器)在內的多種控制系統中。

          下面,我們再以一個典型的汽車電子門控系統為例來說明一下摩托羅拉半導體器件在汽車電子中的應用。如圖3所示,中央的微控制器可以根據不同要求選擇MC68HC08系列或更的9S12系列;MC33389A或MC33889可直接將汽車蓄電池電壓轉換成系統需要的5V,還可以將點火開關信號、車門開關信號及面板開關信號由SPI接入到微控制器進行喚醒、復位和中斷等工作,同時其具有容錯功能的CAN物理層驅動器可將系統接入到整車網絡之中;MC33884或MC33287可用來實時監測面板開關的狀態并可驅動面板的照明燈;MC33887、MC33883、MC33886或MC33395可用于后視鏡位置電機、后視鏡折疊電機及門鎖電機的驅動。如需要較大電流來驅動車窗玻璃的升降,我們也可以選擇MC33486配合獨立的MOS驅動管一起工作;另外,MC33290可用于整個系統的診斷。

          除了以上所介紹的器件外,為了更好地滿足用戶的需要,我們也在致力于開發成套的系統解決方案。我們現有的解決方案主要包括:基于HC908 MCU及RF器件的遙控門鎖(RKE)及輪胎壓力監測(TPMS)方案、汽車儀表盤方案、基于16位控制類DSP的動力轉向方案、基于DSP及其它器件的數字收音機方案等等。

          未來幾年,摩托羅拉半導體部將繼續致力于汽車半導體高新產品的開發,包括為動力總成和底盤應用建立以MPC5500為工業標準的平臺、捕捉電子連接(X-by-wire)方面的應用、影響網絡標準和網絡驅動產品、增加駕駛員信息系統(DIS)的解決方案、擴大智能模擬器件和傳感器的市場份額、建立HC08/HCS12完善的8/16位微控制器架構。以此繼續保持和擴大摩托羅拉在汽車電子半導體中的地位。

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