NESA021 October 2023 MSPM0G3507-Q1 , MSPM0L1306-Q1
汽車製造商每年都在設計中整合更多新技術，以推動改善安全、成本和使用者體驗。現代車輛使用許多具有高精密度和效能的微控制器，可承受最極端的環境。根據過去幾年的市場需求，可看出我們顯然需要提升客戶在人機介面、車窗和後視鏡控制與後車廂開啟裝置等車輛配件方面的體驗。這些應用所使用的裝置會透過處理即時資料，以及經由互動單元間的長距離匯流排線路傳達訊息，控制各自的電子控制單元 (ECU)。
TI 的 MSPM0 Arm® Cortex® 型 M0+ 微控制器 (MCU) 包括汽車認證 (AEC-Q100) MCU，專為滿足車身電子應用的系統需求所設計。這些 MCU 能以具吸引力的低成本，提供更小的封裝、易於使用的標準化軟體、高效能的低功耗周邊設備，以及全面的針腳對針腳可擴展性。
圖 1 智慧型後車廂開啟裝置
圖 2 車窗和後視鏡控制開關為何應為您的 BCM 設計選擇 MSPM0？
- 運算：具有可選數學加速器的節能 M0+ CPU
- 感測：高效能互連類比模組，包括零漂移運算放大器、高速比較器和 ADC
- 控制：低功耗、通用、進階和高解析度的計時器模組。
- 封裝可擴展性：產品組合間的針腳對針腳相容性
- 通訊：整合式序列通訊周邊設備，包含 CAN FD、LIN、SPI、I2C、UART 和適用於 SENT的軟體實作。
圖 3 MSPM0 平台功能與優勢什麼是車身電子控制？常見的部分元件為何？
車身電子控制是車輛中的部分主要 ECU，且包含車輛中各種介面的控制機制。這些機制的部分範例包括後車廂開啟裝置、E-shifter、車窗和側視鏡控制模組。這些系統在現代車輛中十分重要，因為其負責管理和控制與車輛車身相關的即時電子作業。這類設計採用小型低功耗積體電路 (IC)，這些積體電路會搭配車輛中的其它子系統一併進行運算，以適當地使用系統功能與安全。
在車身電子元件設計中部分常見的元件為：
- 低功耗 MCU：若要以最低功耗實現高效能與整合，必須使用低功耗 MCU。微控制器包含系統的中央處理單元。
- 馬達驅動器：視馬達類型而定，此 IC 可能會負責產生電脈衝序列 (PWM)，或是負責管理馬達的速度和方向。
- 溫度感測器：熱敏電阻等溫度感測元件會介接微控制器，以監控系統的環境溫度。
- 通訊介面：透過通訊介面，即可在子系統的周邊設備間傳輸訊息，或是在主匯流排上的其它控制單元間傳輸訊息。
- LED 驅動器：LED 驅動器會以微控制器傳送的精密頻率接收控制訊號，以驅動特定色彩顯示器所需的電流。
為了進一步了解汽車認證 MSPM0 MCU 如何為車身電子元件設計帶來助益，讓我們來看看在現代車輛中的部分常見應用。
雙車窗驅動模組
大多數現代車輛中均具備雙車窗控制單元，其負責管理車窗的電源供應，使車窗可以輕鬆升起或降低。使用者通常會透過位於車門面板上的開關，與車窗控制模組互動。
圖 4 MSPM0 雙視窗驅動模組系統方塊圖側視鏡模組
側視鏡模組是電子單元，負責控制側視鏡的各種功能，例如調整其位置以及將其向內折疊等。側視鏡模組會連接至車輛的車身控制模組。使用者通常會透過位於駕駛座座椅附近的控制開關，與後視鏡進行互動。
圖 5 側視鏡模組系統方塊圖電子側視鏡和車窗控制設計中的 MSPM0
在這類應用中的 MCU 關鍵功能需求包括：
- PWM
- CAN FD 或 LIN
- 12 位元 ADC
- SPI 或 I2C
- 監視計時器
MSPM0 MCU 在這些設計中扮演重要角色，因為其是 PCB 上所有介面元件的主控制器和處理器。在主動模式下，室溫時的耗電量為 96uA/MHz。在待機模式下，則只會消耗 1uA 的工作電流。MCU 可維持在低電流睡眠模式下，直到使用者啟動開關為止。在這種低功耗模式下，如 ADC、比較器、RTC 和監視計時器等數個模組可同時運作，因此能降低整體功耗。
出現提示時，MCU 會透過 SPI 或 PWM 將控制訊號傳送至馬達驅動器。在此序列通訊程序中，MCU 會做為主機運作。其可配置驅動器的內部暫存器以讀取狀態，並設定驅動後視鏡和車窗移動所需的 PWM 頻率。MSPM0G350x 包含三種可用於 PWM 輸出的計時器類型：16 位元解析度通用、16 位元進階控制，以及 32 位元高解析度。這些計時器也支援在相同功率域內進行同步化和交叉觸發連接。
MCU 也會接收來自馬達驅動器的類比輸入，以監控流經馬達的電流。當 12 位元 ADC 取樣率超過 4 MSPS 時，即可有效率地量測流經馬達的電流，讓 MCU 可即時調整驅動器的電流控制設定。
MSPM0 產品組合亦包含整合式高速 CAN FD，並採用小至 5x5mm2 的封裝。此周邊設備可實現快速且可靠的存取作業，無論是透過 CAN 收發器進行存取或存取主匯流排，皆不例外，且在此情況下，即可於車身控制單元間進行序列通訊。
智慧型後車廂開啟裝置
智慧型後車廂開啟裝置電氣控制單元負責接收來自近距感測器的輸入，並傳送控制後車廂開啟和關閉所需的輸出。此系統為使用者提供了方便且安全的方式，讓使用者無需實際接觸車輛，即可與後車廂互動。
圖 6 MSPM0 腳踢開啟後車廂模組系統方塊圖後車廂開啟裝置設計中的 MSPM0
在這類應用中的 MCU 關鍵功能需求包括：
- PWM
- LIN
- 12 位元 ADC
- 比較器 (COMP)
- I2C 或 SPI
與先前的設計類似，MCU 可做為主機，以接收來自近距感測器的前端類比讀數，隨後將資訊封包傳送至 LIN 匯流排，以觸發門鎖解鎖。以下是實作此設計的簡單流程圖範例：
圖 7 MSPM0 腳踢開啟後車廂模組範例流程圖從左上方開始，首先是啟動狀態，或裝置開機後的初始狀態。MSPM0 在睡眠模式中啟動，代表 CPU 已關閉並等待中斷觸發。在這種低功耗的等待狀態下，監視計時器會主動檢查是否有任何故障，並會與即時時鐘一同執行，以便追蹤下一次系統更新的時間。經過一段時間後，近距感測器偵測到訊號。接著，該訊號會饋送至 MSPM0 的暫存比較器針腳。如果感測器訊號電壓高於配置的參考電壓，則輸出會對 MSPM0 進行高觸發，以快至 10µs 的速度將其從睡眠模式中喚醒。CPU 現已啟用。隨後，ADC 會取得類比感測器數據，並將其轉換為數位。接著會使用循環冗餘校驗 (CRC) 模組來驗證數據，以確認完整性。在此之後，CPU 會分析數據，並根據所需的後車廂動作套用演算法。例如，就系統角度而言，後車廂開啟的高度可能不同，或者可能會啟動感測器，以檢查是否有物體擋住後車廂門的移動路徑。在進行此指令後，就會將數據儲存在記憶體中，以供未來參考。同時也會針對 LIN 製備訊息，最後再透過 LIN 匯流排將訊息傳輸至車身控制模組。
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