摩托羅拉半導(dǎo)體器件在汽車電子中的應(yīng)用

1、摩托羅拉半導(dǎo)體器件在汽車電子中的應(yīng)用摩托羅拉(中國(guó))電子有限公司半導(dǎo)體部 康曉敦從2002年開始駛?cè)搿靶腋r(shí)光”的中國(guó)汽車業(yè)不斷“制造”令人意外的好消息。據(jù)國(guó)家計(jì)委最新數(shù)據(jù)顯示：2002年全國(guó)轎車的產(chǎn)、銷量首次突破百萬(wàn)輛大關(guān)，分別達(dá)到109萬(wàn)輛和112.6萬(wàn)輛，增長(zhǎng)55%和56%。整個(gè)汽車行業(yè)的產(chǎn)銷形勢(shì)也是一片大好，汽車產(chǎn)、銷量雙雙突破300萬(wàn)輛大關(guān)，分別達(dá)到325萬(wàn)輛和324.8萬(wàn)輛，增幅逼近40%。2002年車市的異常紅火，使汽車產(chǎn)業(yè)首次超過(guò)了電子產(chǎn)業(yè)，成為拉動(dòng)工業(yè)增長(zhǎng)的最重要?jiǎng)恿ΑＷ鳛槠嚠a(chǎn)業(yè)與電子產(chǎn)業(yè)的完美結(jié)合，汽車電子業(yè)的發(fā)展將更加訊猛。據(jù)估計(jì)近幾年的年增長(zhǎng)率均將超過(guò)50%，成為拉動(dòng)

2、汽車工業(yè)發(fā)展的重要因素。在未來(lái)的幾年中，汽車電子的發(fā)展將主要集中在汽車網(wǎng)絡(luò)、通訊系統(tǒng)、收音機(jī)、動(dòng)力總成、底盤控制、安全系統(tǒng)以及車身控制方面。據(jù)Strategy Analytics分析， 汽車電子業(yè)總市值(Total Available Market，TAM)在2001年已達(dá)到111億美元、2006年將達(dá)到161億美元、2009年將達(dá)到187億美元。而在每輛轎車上的半導(dǎo)體器件平均用量2001年為205美元，到2009年將達(dá)到267美元。消費(fèi)者對(duì)車輛需求的增加、網(wǎng)絡(luò)在車輛中的高速發(fā)展、安全與防盜需求的增加、機(jī)械系統(tǒng)到電子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換以及動(dòng)力總成方面性能的提高，正在訊速地推動(dòng)著半導(dǎo)體器件在汽車電子中發(fā)

3、展。作為全球最大的汽車電子半導(dǎo)體器件供應(yīng)商，摩托羅拉半導(dǎo)體部一直致力于汽車電子半導(dǎo)體器件的開發(fā)與推廣。其豐富的半導(dǎo)體器件可用于所有的汽車電子系統(tǒng)控制單元(ECU)中。據(jù)美國(guó)Strategy Analytics 2002年5月分析，摩托羅拉汽車電子半導(dǎo)體的市場(chǎng)占有率為12.9%，以領(lǐng)先于第二名(7.9%)5個(gè)百分點(diǎn)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)繼續(xù)在業(yè)界處于領(lǐng)跑地位。具體來(lái)講，摩托羅拉在嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor)方面處于第一位、在微控制器(Microcontroller)方面處于第一位、在傳感器(Sensor)、汽車用模擬器件(Automotive Analog)及無(wú)線產(chǎn)品(W

4、ireless)中均處于第一位。摩托羅拉用于汽車電子的半導(dǎo)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、MCORE)、數(shù)字信號(hào)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(guān)(E-Switch)、機(jī)械電子器件(Mechatronics)、傳感器(加速度傳感器、壓力傳感器、煙霧探測(cè)器件)以及駕駛員信息系統(tǒng)(Driver Information System，DIS)(包括m

5、obilGT、數(shù)字音頻、數(shù)字收音機(jī)、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(chǔ)器技術(shù)的低成本芯片。其數(shù)十種不同規(guī)格的產(chǎn)品可使用戶更方便地進(jìn)行選擇，而其最低可至0.5美元的價(jià)格可以使汽車電子產(chǎn)品的成本更加低廉。以汽車電子中常用于CAN網(wǎng)絡(luò)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(qiáng)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(shè)計(jì)可使用戶在設(shè)計(jì)汽車電子控制單元(ECU)時(shí)更加方便。6

6、8HC908AZ60A的主要特性包括：高性能M68HC08架構(gòu)目標(biāo)代碼兼容與M6805、M146805和M68HC05高達(dá)8.4MHz的內(nèi)部總線頻率60K字節(jié)電可擦除存儲(chǔ)器(FLASH)FLASH數(shù)據(jù)加密1K字節(jié)片內(nèi)帶保密位的電可擦除可編程存儲(chǔ)器(EEPROM)2K字節(jié)片內(nèi)RAM時(shí)鐘發(fā)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(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC-15)16位，6通道定時(shí)器接口模塊(TIMA-6)及2通道定時(shí)器接口模塊(TIMB-2)可編程中斷定時(shí)器(PIT)系統(tǒng)保護(hù)特性(包括帶復(fù)位選擇的看門狗(COP)電路、低電壓檢測(cè)、錯(cuò)誤操作碼檢測(cè)和錯(cuò)誤地址檢測(cè))低

7、功率設(shè)計(jì)(STOP和WAIT模式)主復(fù)位引腳和上電復(fù)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(qū)動(dòng)及紅外功能；908MR系列具有強(qiáng)大的PWM功能，可以很好地進(jìn)行電機(jī)控制；908RF2為雙內(nèi)核結(jié)構(gòu)，除微控制器外還集成了RF發(fā)射器，可以非常方便地用于遙控門鎖、輪胎壓力監(jiān)測(cè)及其它可使用無(wú)線發(fā)射的系統(tǒng)；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(shí)，我們有必要提到LIN(Local Interconnect Network)。作為CAN(Controller Area N

8、etwork，通常為雙線雙向數(shù)據(jù)傳輸)的補(bǔ)充，LIN由一些汽車工業(yè)制造商與摩托羅拉共同為汽車工業(yè)推出。其傳輸速率僅可達(dá)到20K Bit/s，所以主要用于性能、傳輸速度和復(fù)雜性較低的系統(tǒng)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(jié)構(gòu)、單線單向的LIN的從動(dòng)芯片可以用普通I/O口進(jìn)行連接。因此其成本可以很低，可以有效地降低系統(tǒng)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(chǔ)器技術(shù)的中檔芯片。其較高的性能價(jià)格比使其非常適合用于一些中高檔汽車電子控制系統(tǒng)。同時(shí)其較簡(jiǎn)單的背景開發(fā)模式

9、(BDM)(如圖1所示)使得開發(fā)成本進(jìn)一步降低。也使得現(xiàn)場(chǎng)開發(fā)與系統(tǒng)升級(jí)變得更加方便。PC主機(jī)單線開發(fā)器用戶目標(biāo)系統(tǒng)圖1 新型的9S12背景開發(fā)模式9S12的性能主要包括：高達(dá)25MHz的主頻高達(dá)12K字節(jié)的RAM高達(dá)256K字節(jié)的FLASH存儲(chǔ)器高達(dá)4K字節(jié)的EEPROM16位8通道的定時(shí)器多路串行接口(SCI、SPI、I2C)多達(dá)5個(gè)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(zhuǎn)換器汽車級(jí)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(dāng)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

10、些中等復(fù)雜程度的控制系統(tǒng)中。如美國(guó)德爾福(Delphi)在中國(guó)大力推廣的發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)運(yùn)算單元可加速運(yùn)算能力以支持復(fù)雜的系統(tǒng)應(yīng)用。高性能的數(shù)據(jù)處理能力和大容量片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器使得用戶的產(chǎn)品改進(jìn)和升級(jí)更加容易。其高效率、相互兼容的PowerPC指令和低成本的開發(fā)方式可使用戶的產(chǎn)品更快地進(jìn)入市場(chǎng)，并可使用戶軟件在MPC5xx之間方便地進(jìn)行移植。其性能主要包括：高達(dá)40或56MHz的主頻高達(dá)32K字節(jié)的RAM高達(dá)1M字節(jié)的FLASH存儲(chǔ)器多達(dá)70通道的定時(shí)器處理單元(TPU)(包括P

11、WM控制)高性能串行接口(SCI)多達(dá)3個(gè)的CAN控制器多達(dá)40通道的10位A/D轉(zhuǎn)換器低至2.6V的工作電壓汽車級(jí)工作溫度(-40°C到125°C)并有代碼壓縮及雙向存儲(chǔ)器操作等多項(xiàng)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(fā)動(dòng)機(jī)管理、變速箱控制、制動(dòng)控制、轉(zhuǎn)向控制及通訊系統(tǒng)等汽車電子領(lǐng)域。正如ZF變速箱電子部總監(jiān)Runge博士所言：“ZF將使用摩托羅拉PowerPC來(lái)控制新的變速箱。公司之所以選擇摩托羅拉32位器件是因?yàn)槠涓咚儆?jì)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?！敝悄苣M器件(Smart Analog)

12、是摩托羅拉可用于汽車電子系統(tǒng)中非常有特色的一類芯片。由混合信號(hào)技術(shù)將普通模擬電路、高速CMOS電路及高電壓功率驅(qū)動(dòng)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(huán)境中工作。其豐富的保護(hù)與診斷功能使得用戶的目標(biāo)系統(tǒng)更加安全與智能化。也使得用戶的開發(fā)更加方便。如圖2所示，簡(jiǎn)單來(lái)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(tǒng)可能還需要傳感器)，就可以方便地設(shè)計(jì)出用戶的目標(biāo)系統(tǒng)。摩托羅拉的智能模擬器件主要包括智能功率驅(qū)動(dòng)器(SmartMOS)中的低端開關(guān)、高端開關(guān)、半橋驅(qū)動(dòng)器及預(yù)驅(qū)動(dòng)器；電源管理芯片中的開關(guān)型電壓調(diào)節(jié)器與線性電壓調(diào)節(jié)器；通訊協(xié)議芯片中的LIN/ISO-9141/J-1

13、850物理層驅(qū)動(dòng)芯片、CAN總線物理層驅(qū)動(dòng)芯片及分布式系統(tǒng)接口芯片；特殊功能模擬器件中的發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器、觸點(diǎn)監(jiān)測(cè)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(qū)動(dòng)芯片均具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力(能夠直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載)與各種完善的保護(hù)功能。如4路低端驅(qū)動(dòng)器MC33385可以很方便地直接驅(qū)動(dòng)電子燃油噴射系統(tǒng)中的4個(gè)噴油器或ABS系統(tǒng)中的線圈。而具有4路高端驅(qū)動(dòng)和8路低端驅(qū)動(dòng)的MC33888更是可以驅(qū)動(dòng)多達(dá)12個(gè)的線圈、燈、繼電器或其它感性負(fù)載。而為繼電器替代所設(shè)計(jì)的MC33982更是以其極小的導(dǎo)通內(nèi)阻(0.2毫歐姆)使其可以通過(guò)60A的持續(xù)電流。如果你需要控制電動(dòng)窗或其它電機(jī)，那么

14、使用類似于MC33186或MC33486等半橋驅(qū)動(dòng)器將是最明智的選擇。在電源芯片的選擇中，我們有一種叫做系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片(SBC)的器件(如MC33989、MC33394等)，它不但集成了數(shù)路5V、3.3V、2.6V電壓調(diào)節(jié)，同時(shí)還具有網(wǎng)絡(luò)(CAN/LIN)物理層驅(qū)動(dòng)及看門狗、SPI等附加功能。當(dāng)然，您也可以選擇只具有網(wǎng)絡(luò)(CAN：MC33388、LIN：MC33399)物理層驅(qū)動(dòng)的芯片。功率驅(qū)動(dòng)傳感 器MCU信號(hào)調(diào)置電壓調(diào)節(jié)總線接口串行通訊保護(hù)和診斷預(yù)驅(qū)動(dòng)智能模擬器件圖2 典型的汽車電子控制模塊組成摩托羅拉的傳感器(Sensor)種類雖然不多，但卻頗具特色?；诠栉C(jī)械加工的檢測(cè)單元與完善的信號(hào)

15、調(diào)整與補(bǔ)償電路相結(jié)合，使其0-5V的輸出可以直接輸入到微控制器進(jìn)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(tǒng)的正面碰撞(40g)及側(cè)面碰撞(250g)檢測(cè)，也可使用我們低g值(1.5g至8g)的產(chǎn)品進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集等工作。而壓力傳感器更是以其廣泛的壓力檢測(cè)范圍應(yīng)用于包括發(fā)動(dòng)機(jī)電子燃油噴射控制(進(jìn)氣岐管絕對(duì)壓力傳感器)在內(nèi)的多種控制系統(tǒng)中。下面，我們?cè)僖砸粋€(gè)典型的汽車電子門控系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明一下摩托羅拉半導(dǎo)體器件在汽車電子中的應(yīng)用。如圖3所示，中央的微控制器可以根據(jù)不同要求選擇MC68HC08系列或更高檔的9S12系列；MC33389A或MC3

16、3889可直接將汽車蓄電池電壓轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)需要的5V，還可以將點(diǎn)火開關(guān)信號(hào)、車門開關(guān)信號(hào)及面板開關(guān)信號(hào)由SPI接入到微控制器進(jìn)行喚醒、復(fù)位和中斷等工作，同時(shí)其具有容錯(cuò)功能的CAN物理層驅(qū)動(dòng)器可將系統(tǒng)接入到整車網(wǎng)絡(luò)之中；MC33884或MC33287可用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)面板開關(guān)的狀態(tài)并可驅(qū)動(dòng)面板的照明燈；MC33887、MC33883、MC33886或MC33395可用于后視鏡位置電機(jī)、后視鏡折疊電機(jī)及門鎖電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。如需要較大電流來(lái)驅(qū)動(dòng)車窗玻璃的升降，我們也可以選擇MC33486配合獨(dú)立的MOS驅(qū)動(dòng)管一起工作；另外，MC33290可用于整個(gè)系統(tǒng)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，

17、我們也在致力于開發(fā)成套的系統(tǒng)解決方案。我們現(xiàn)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(jiān)測(cè)(TPMS)方案、汽車儀表盤方案、基于16位控制類DSP的動(dòng)力轉(zhuǎn)向方案、基于DSP及其它器件的數(shù)字收音機(jī)方案等等。未來(lái)幾年，摩托羅拉半導(dǎo)體部將繼續(xù)致力于汽車半導(dǎo)體高新產(chǎn)品的開發(fā)，包括為動(dòng)力總成和底盤應(yīng)用建立以MPC5500為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)、捕捉電子連接(X-by-wire)方面的應(yīng)用、影響網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品、增加駕駛員信息系統(tǒng)(DIS)的解決方案、擴(kuò)大智能模擬器件和傳感器的市場(chǎng)份額、建立HC08/HCS12完善的8/16位微控制器架構(gòu)。以此繼續(xù)保持和擴(kuò)大摩托羅拉在汽車電子半導(dǎo)體中的領(lǐng)先地位。圖3 汽車電子門控系統(tǒng)示意圖參考文獻(xiàn)：SG187/D REV 10，AUTOMOTIVE