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應對汽車電子嵌入式設計的若干挑戰

作者: 時間:2012-12-03 來源:網絡 收藏
隨著越來越多的電子設備滲透到汽車應用的各個領域,電子控制模塊()的數量正在不斷擴大——汽車負載的增加勢必導致汽車的整體功耗增加。以增大電池體積來滿足不斷增長的功耗要求,是應對這一挑戰的方法之一。然而,大體積電池并非總能適用于空間受限和重量敏感的環境,并且它也會造成對油耗的不良影響。另外,控制功耗、縮小體積、實現的聯網以便診斷和軟件重用,同時提升產品性價比、靈活性并能快速迎合市場需求,也始終是供應商面對的難題。

Microchip公司亞太區汽車產品營銷經理Stephen Chan表示,汽車OEM正致力于使汽車產品更加安全、智能和節能,他們在此過程中所面臨的各種挑戰也推動了產品的持續發展。電子產品一直是汽車當中發展最迅猛的一個分支,這一分支甚至超過了機械、氣動和液壓系統。嵌入式系統設計人員正在不斷地開發新型的,從而使得汽車能夠滿足駕駛者的需求,并達到環保的要求。的發展很大程度上要歸功于不斷增長的對低油耗、安全性、舒適性、防盜性和高級駕駛信息應用的要求。

另外,隨著全球汽車市場的不斷壯大,盡管不同地區在實現具體方案的難易程度和時間要求上各有不同,但所要應對的挑戰卻基本一致。全球化幾乎對汽車電子產品的功能沒有任何特別要求。在汽車電子創新方面,歐洲一直都是頗受認可的佼佼者。中國和其他地區也正在緊緊跟隨著汽車電子市場不斷擴大的腳步。就目標車型而言,一旦大眾的購買能力達到一定程度,就將立刻著手生產。

他認為,應對汽車電子功耗更好的解決辦法,是解決那些會在點火裝置關閉時耗能的ECM的功耗需求。由于點火裝置關閉時仍然耗能的功率負載(如多媒體系統等)有所增長,汽車OEM不得不嚴格控制點火裝置關閉時的功耗預算。Microchip不斷推出的新型nanoWatt XLP(超低功耗)單片機系列產品,給多媒體系統的嵌入式系統設計人員提供了更多解決方案,以便其在要求高能效運行而又不犧牲性能的環境當中采用(參見表)。

Microchip nanoWatt XLP MCU與競爭者MCU產品的功耗對比
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功耗管理單片機包含片內閃存程序存儲器,由于無需外部元件,因而使得系統的效率最高、可靠性增大并使得成本和占板空間最小。提供多種功耗管理模式供設計人員靈活切換,并在其應用程序軟件中安排節能子程序。開發的創新型解決方案,使得單片機可以更加高效地執行功耗管理任務,這一點頗受汽車嵌入式系統設計人員青睞。理想情況下,單片機應能在其工作頻率范圍內提供靈活的功耗管理模式。功耗管理單片機的功能必須多樣化,并能向設計人員提供技術上可行的高成本效益解決方案,以應對與多媒體娛樂系統中可靠地低功耗運行相關的復雜挑戰。

能夠滿足空間要求各異的應用并且使價格盡可能低廉,是嵌入式系統設計人員必須要滿足的普遍要求。對于跨平臺的設計,大多數差異由軟件實現方案解決,以滿足從低端到高端的不同應用的需求。他強調,由于上市時間始終是個關鍵因素,Microchip強大的移植兼容性方便工程模塊的重用,從而節省寶貴的開發時間和總成本。PIC單片機系列的標準化引腳排列模式支持代碼庫的開發,這通常是其他單片機供應商無法做到的。PIC單片機架構還能提供插槽、軟件和外設兼容性,從而為設計人員提供出眾的靈活性——這一點獨一無二,例如,每個引腳都具有數個外設功能,設計人員無需修改印刷電路板即可添加或交換功能,因而能夠最大程度減少或徹底免去重新設計的成本。

重用經證明的工程模塊不僅能節省時間和成本,還能直接提高整個系統的質量——因為設計人員已完全了解早期設計的性能,能夠將得到的相關經驗運用到當前的設計中。兼容性和重用性最終提高了整個產品的開發效率,在目前缺少經驗豐富的人員的行業環境下,這一點尤其重要。

消費者的購買能力是電動/混合動力汽車成為主流私人交通工具的主要障礙之一。建立基礎設施,為簡化汽車操控提供支持,是另一個原因。隨著電機在電動/混合動力汽車系統架構中的應用不斷擴大,數字電源轉換對這些新系統的發展至關重要。設計的電源要求有多路輸出,能協調負載均衡,且具備熱插拔能力及各種故障處理能力,這樣的設計是一件復雜而富有挑戰的事。采用模擬電路來實現系統控制功能,有時候并不能達到較高的成本效益或靈活性。對電源轉換反饋回路采用智能化數字控制是一種更具成本效益的替代方法。新推出的數字信號控制器(DSC)帶有智能功率外設,具有基于計數器的脈寬調制模塊、基于模擬比較器的反饋和協作式模數轉換器(ADC)采樣,并且提供能在一個時鐘周期內完成的快速乘法運算能力。這些功能的組合使得DSC能夠處理控制環軟件所需的高執行速率。Microchip的dsPIC33F“GS”系列數字電源DSC,允許采用全數字控制電源轉換和系統管理功能。

dsPIC數字電源器件自帶的SMPS解決方案和豐富的外設,使得工程師能設計出無需大量采用外部支持芯片的解決方案。因此,和其他方案相比,采用dsPIC DSC SMPS解決方案,開發人員使用的元件數可減少20%。

dsPIC DSC SMPS解決方案不僅節省了空間和成本,而且還具備專用于支持高級電源轉換的特殊功能。它包括一個智能功率外設。智能功率外設由獨立的PWM、ADC和模擬比較器外設構成,通過一根內部可配置的控制光纖連接,允許其相互間直接交互??膳渲每刂乒饫w的功能包括:控制比較器、PWM和ADC的協同工作;通過軟件設置/脫離軟件運行;精確控制ADC轉換時序;控制PWM模塊對故障的響應。可配置控制光纖的優勢在于:在無需固件干預的情況下提供實時響應;擴大選項的控制范圍;可適用于各種控制方法;以及提供故障保護控制。

至于面向中國市場的服務,他表示,中國汽車電子模塊供應商的開發團隊遍布全球,這就要求在相應的地區有相應的支持,從而滿足他們的需要。技術支持的不斷發展,是半導體供應商在市場中取勝的關鍵。Microchip在中國的技術人員,能夠為嵌入式汽車電子設備的設計人員提供支持,并且,Microchip在中國舉辦的各類技術論壇和技術精英年會(MASTERs),也使人員有機會體驗和探索到Microchip提供的創新型解決方案。

此外,Microchip提供的汽車嵌入式解決方案還包括其他眾多產品,例如:角度傳感器、引擎冷卻風扇、引擎關閉定時器、濕度傳感器、氣囊碰撞傳感器、接近傳感器、雨刮器控制、車前燈控制、座椅記憶控制、音頻控制、變速器控制、燃油泵控制和倒車影像裝置等。


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