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（一）、LED照明篇 據市場研究機構 IHS iSuppli最新發布的報告，2012年全球半導體市場增長率僅約3.3%。行業不景氣的原因主要是受全球經濟低迷的影響。業內的主流觀點多數看衰2012年的市場行情。 盡管有不少陰霾，但平板電腦、智能手機、移動通信基站、LED照明、工業控制及汽車電子領域，被業內人士一致看好為2012年半導體市場的陽光地帶。 近期的深圳集成電路展、多場產業或技術研討會及北京照明展上，國內外半導體廠商紛紛推出了大批創新基礎技術。在巴塞羅那世界移動通信大會（2012MWC）上，英特爾、高通、博通、TI、Marvell、TriQuint、飛思卡爾、聯發科、Nvidia等芯片廠商也展出了眾多半導體技術，使往年以設備制造商和終端廠商為主的“二人轉”，演化成了2012 MWC上，設備、終端制造商及半導體廠商的“三國鼎立”。 下面分別盤點一下近期半導體業在各應用領域的新技術。 LED照明篇 在歐債危機控制不力、美國、日本緩慢恢復的大背景下，中國將成為全球LED市場發展的主要驅動力量。盡管LED背光市場增長乏力，但受中國政府的政策支持，戶外、商業和工業LED照明市場的引擎相當強勁。 例如，蘇寧電器最近同意委托華訊節能及中國普天，以LED照明設備取代現有1000多家零售店的照明設備。其他企業也會陸續跟上。 
圖1 Marvell全球技術營銷高級經理Lance Zheng Marvell全球技術營銷高級經理Lance Zheng（見圖1）在深圳的“2012產業和技術研討會”上也表示：“2011年中國商業照明增長約70%，2012年將延續這一趨勢和增長率。”他還指出：“中國對LED燈泡的需求，肯定沒有歐美大。這主要因為中國用戶對成本更敏感；2012年歐盟的白熾燈將全部淘汰；2012年10月1日，美國要求白熾燈光效達到25lm/W。目前，全球LED制造70%在中國，其中大部分在深圳，產品多銷往歐美。”家庭普及LED照明最多還有兩年緩沖期 仔細閱讀中國發改委關于LED照明的政策就會發現，從2012年和2014年的10月1日起，將分別禁止銷售和進口100W和60W及以上普通照明白熾燈。 由于家庭中主要使用100W以下的白熾燈，且目前LED家庭照明的每居室單套成本要幾十元或上百元，一個家庭根據居室數量的多少需用多套，絕大部分家庭難以或不愿承擔。因此，有理由相信，政策的大規模效應不會馬上顯現，LED照明真正進入家庭的時間未必在2012年，而很可能被推遲到2014年。就是說，還有兩年多的緩沖期供廠商進行市場鋪墊、推廣，開發燈具和電源驅動等相關新技術和產品，進一步將高高在上的成本拉下來，并提高可靠性。 LED照明設計挑戰
圖2 飛兆半導體技術營銷部經理錢家法 飛兆半導體技術營銷部經理錢家法（見圖2）分析了LED照明設計中的幾項關鍵因素：1.對于5W以上的交流電壓輸入應用，額定輸入電壓下，PF（功率因數）≥0.9；對低電壓輸入的MR16 照明燈應用，沒有規定。目前對于5W以下應用的PFC需求開始增加；需省去輸入電解電容器。 2.功率大于25W 時，THD（總諧波失真）要小于25% （俄羅斯市場《10%）。對于球泡型應用沒有嚴格的要求。 3.LED驅動板的功率效率，在低功率應用中，無調光板時，要大于85%；有調光板時要大于80%。效率越來越高，但相關的BOM成本也增加了。 4.在調光兼容性方面，切相（Phase cut）調光器（前沿型和后沿型）是主流，要保證LED燈不閃爍。 調光技術的比較 目前的歐美日家庭照明市場上，普遍采用的是可控硅調光器（Triac dimmer）。在深圳集成電路展的LED照明技術研討會上，臺灣新綠科技演講人表示，今后LED照明在家庭普及的過程中，消費者希望最好不改變家里現有的照明布線，否則需要重新施工、裝修，非常麻煩。 目前常見的調光器包括可控硅調光器（前切式）、電子調光器（后切式）和遙控調光器（紅外線或RF式）。 該演講人分析指出，電子調光器需要對居室線路重新施工，遙控調光器價格昂貴，又無統一標準。可控硅調光器由于用戶不需重新施工改變現有線路，所以現階段應用較多。但會降低PFC，深度調光時，導通角更短，這種缺點就更明顯；還會降低功效；使THD增大；有突波電流；切角很小時，存在LED燈閃爍不定的問題。 新綠科技的EZDimming調光技術結合了正弦降壓線路或正弦正激線路的專利驅動技術，通過檢測現有的墻壁開關切換次數進行調光，PF大于0.9，功效在80%以上，切換柔和，沒有突波電流或噪音，線路少、成本低。 沒有電解電容器的調光驅動技術 飛兆的錢家法指出，其具備大（50W以上）、中（20W-50W）、小（20W以下）功率LED驅動方案。在20W以下的家庭和商業LED照明方面，由于調光器兼容性問題，在普通可控硅調光器結構中實現LED調光很困難。為此，飛兆開發出了帶功率因數校正（PFC）、可控硅和模擬調光能力的FL7730單級原邊調節（PSR）控制器，可兼容80%以上的調光器。 FL7730通過獨特的模擬感測技術，可在從0至100%光輸出的整個范圍內，實現無閃爍的可控硅調光控制。FL7730和FL7732（不可調光）采用初級端調節和單級PFC拓撲結構，去掉了輸入電解電容器和反饋電路（見圖3），減小了空間，并降低了系統成本。
圖3 飛兆FL7730（可調光）/FL7732（不可調光）解決方案 通過內部誤差放大器和低帶寬補償器，實現了恒定導通時間控制。功效在85%以上，PF在0.9以上，THD滿足EN61000標準的Class C要求。±5%的恒流精度/控制可以不受輸入和輸出電壓的影響，調節輸出電流。對于下一步研發趨勢，他表示，提高可靠性是重點，今后，大功率電源驅動的拓撲結構會發生變化。 有可能降低到0.5美元的LED驅動器 Marvell的Lance Zheng介紹，2月7日-9日在美國加州舉行的“2012年美國SIL照明展”上，Marvell展示了一款深度調光AC/DC LED驅動芯片88EM8183。該芯片具有單級原邊電流控制，PFC/QRC和低谷開關，片上高壓啟動電流。可進行1%的深度調光，滿足NEMA SSL6調光標準。 88EM8183不需要光耦合器和次級反饋電路，也不需調光器泄流電路。效率達90%，有助于延長LED燈的壽命。PF在0.95以上，THD低于20%。據了解，目前在美國，若THD高于25%，就不能享受政府的政策補貼。目前，市場上的同類芯片通常含有50、60個元件，而88EM8183只有33個，這降低了30-40%的成本。據稱，今后可以進一步降低到0.5美元，屆時也標志著家庭LED照明的真正普及。 88EM8183可兼容110多種調光器。在圖4所示的調光曲線中，通過對固化了多種算法的OTP存儲器進行編程，藍色曲線最右上邊的點可以橫向移動。另外，通過改變芯片電路里的一個外置電阻，可以把曲線往下拉，使調光曲線更趨理想，即與白熾燈的調光曲線（中間藍色線）盡量吻合。
圖4 Marvell深度調光AC/DC LED驅動芯片88EM8183的調光曲線 另外，智能雙通道DC/DC LED驅動芯片88EM8801可獨立控制兩條LED燈串。集成了4個MOSFET，成本降低，效率可達到97%。可把紅、藍光LED混合在一起，進行溫度補償，提高效率，最高達97%。此外，可以實現0.1%的PWM調光精度。OTP存儲器程序可通過I2C接口進行Zigbee、WiFi和PLC通信。對于未來的智能照明平臺，鄭先生表示，每個燈具里都有驅動芯片，所有燈具會連到Marvell處理器的網關，芯片可以連到手機或平板電腦上進行遙控調光。還可利用LED上的傳感器控制溫度。目前，華為在其手機中利用Android系統開發了一個界面，以控制照明。他表示：“在目前提供的交鑰匙方案中，通信器件與驅動芯片是分開的，等到市場起量時，會把他們集成。” AC/DC轉換不見了 首爾半導體在3月1日的2012北京照明展上，展示了交流驅動LED Acrich2系列模塊。其獨有的專利技術消除了AC/DC轉換環節。4W、8W、12W和16W的Acrich2模塊方案能取代40W、60W、100W的白熾燈，及MR16鹵素燈和筒燈。Acrich 2的PF為0.97，功效在90%以上，THD低于25%。燈具制造商可直接把內置Acrich 2的產品插入墻體。 另外，其大功率LED ZC系列以板上芯片直裝式（COB）封裝，采用了高反射鋁基板，提高了亮度并延長了LED燈泡的壽命。 攜MCU優勢實現智能LED照明 目前，擁有MCU技術和電源驅動技術的廠商，基本都已將兩者結合，目的就是搶占LED智能照明市場的制高點。 愛特梅爾亞太區營銷總監曹介龍（見圖5）表示：“智能控制是LED燈的最大優勢之一。8位和32位AVR MCU是我們擅長的控制技術，將其與LED驅動芯片結合，再加上其他廠商的Zigbee（802.15.4協議）芯片方案，就可實現LED照明的遠程控制（見圖6）。Zigbee光線鏈接狀態支持ZLL草案，并針對黃金單元（Golden Unit）狀態。我們的總體戰略是先切入LED背光照明，之后是小功率LED照明市場，目前的核心技術已經儲備到了中、大功率部分。”
圖5 愛特梅爾亞太區營銷總監曹介龍
圖6 愛特梅爾采用2.4G Zigbee收發器的遠程控制LED燈設計 在效率優化方面，盡量減小因LED串Vf 失配而導致的功耗，通過芯片反饋引腳控制電源輸出電壓，自動啟動校正和重新校正，針對Vf 變化而調節，系統架構不會影響調光范圍與對比度。在老化和色彩-溫度調節方面，有內部EEPROM，可自動測試，調節各個LED串以匹配色彩。并能進行軟硬件調光。另一MCU巨頭富士通半導體也展示了將8位MCU控制芯片8FX與LED照明驅動結合的小功率、低成本LED太陽能花園燈技術和LED三色調光方案（見圖7）。
圖7 富士通半導體將8位MCU與LED照明驅動結合的小功率、低成本LED太陽能花園燈技術和LED三色調光方案 英飛凌也采用了MCU控制多通道LED燈或模塊，該MCU可進行調光、燈溫控制，并與照明網絡連接，實現日光調節、運動控制開關、統一遠程控制、HMI接口、維護監控、燈驗證等功能。 另外，飛思卡爾采用SiP工藝的ZigBee兼容平臺MC13213，集成了8位MCU MC9S08GT和Zigbee（IEEE 802.15.4）的MC1320x 2.4GHz射頻接收器，可支持6萬多個射頻網絡終端，實現LED照明的智能遠程控制。 世界最小Triac調光的AC/DC LED驅動器 羅姆半導體的30W功率LED照明驅動芯片（可調光）T4/T5/T8/T10，可使PF改善到0.99，符合IEC61000-3-2標準；厚度比此前產品減少了30%，適于直管型、無接縫型、遮蓬燈。 羅姆（深圳）設計中心工程師胡琳龍表示，其LED驅動器參考設計對于9-12W的功率，PF可達0.9以上；7-12W的功率，PF可達0.85以上；5-7W的功率，PF也在0.7以上。 筆者還發現了羅姆一款號稱世界最小可控硅調光的AC/DC LED驅動器，在5W輸出、100Vac時，效率為65%；200Vac時，效率為58%。已通過傳導干擾測試（CISPR15）和輻射干擾測試（IEC61000-3），兼容絕大部分可控硅調光器。 另外，LED照明驅動芯片BD555ALFV可實現可控硅/PWM/線性調光，調光比為1%-100%；內置的傾斜功能可實現平穩的照度變化（見圖8）。適于燈泡型、射燈和普通LED照明。
圖8 羅姆半導體的LED照明驅動芯片BD555ALFV可實現可控硅/PWM/線性調光 硅集成氮化鎵技術降低高亮度LED照明成本80%英國普萊思（Plessey）的高亮度LED照明技術非常前衛，目前看，似乎顯得有些鶴立雞群。該技術能在現有的標準硅襯底上集成超薄的高亮度LED結構。而現在普遍只能在SiC或藍寶石基板上完成，且價格昂貴。硅集成氮化鎵工藝的重大意義在于，解決了在大尺寸硅襯底上集成高亮度LED時，氮化鎵和硅晶體在晶格中的高度失配現象。硅集成氮化鎵方案可將現有成本降低80％。該公司表示，將于2012年晚些時候發布輸出150lm/W以上的產品。 不少LED照明廠商對此評論說，硅集成氮化鎵技術確實非常棒，但更適于大功率LED照明，家庭應用不是它的“菜”。（記者 恩平） （二）、汽車電子篇 2012年中國汽車電子市場6大發展趨勢 1.法規成為技術進步的主要推動力。2012年7月，將出臺針對HLL（前大燈水平調節）的強制性法規；整車電磁輻射新測試方式改變等，促使半導體取代傳統機電元器件。 2.節能減排迫使整車廠商使用更多電子系統。比如：外燈采用LED，PWM廣泛使用于各類電機控制，ABS、EPS、ESP、BCM、ACU等在低端車普及，各個系統效率的提高將帶動整車進步。 3.駕乘者更加關注汽車安全，電子系統裝車率提高。ASIL標準為國內整車廠商接受，將成為行業未來發展的標桿，配套廠正積極開發符合此標準的系統。 4.TPMS流行。國標GB/T26149在2011年7月開始執行，各大廠商推出了相關產品，越來越多的新車會有此功能。 5.新能源汽車方面，驅動系統從傳統工業級進步到汽車級、動態平衡電池管理取代被動模式，車載充電器和整車控制器將進一步技術創新，技術的量變將為1、2年后的市場啟動積蓄力量。 6.排放法規更加嚴格，摩托車繼續從化油器升級為電噴系統。
圖1英飛凌（中國）汽車電子事業部總監劉魯偉
圖2 富士通半導體汽車市場部經理丁潔早
圖3 飛思卡爾亞太區汽車及工業解決方案事業部全球產品市場經理郗蘊俠博士 英飛凌（中國）汽車電子事業部總監劉魯偉（見圖1）給出了上述分析。此外，他還指出，中國市場的校車項目會帶來每年40萬-100萬輛的需求。富士通半導體汽車市場部經理丁潔早（見圖2）指出了推動新能源汽車市場的兩個因素：首先，最近油價日益高漲，敘利亞、伊朗，甚至整個中東的局勢都不穩定。可以肯定2012年油價會超過150美元，甚至過200美元也是大概率事件。 第二，環境壓力不斷增大，節能減排目標非常艱巨。由于政府對PMR2.5的要求，一些城市開始從2012年測PMR2.5。各種壓力都決定中國新能源汽車一定要往前走，即使暫時遇到價格高、基礎設施不完善等困難。市場推動者包括半導體、系統、整車廠商，甚至是國家電網、中石油和中石化等商業模式廠商。 他對中國新能源汽車的發展趨勢闡述道，新能源汽車發展的成敗關系到未來的國家石油戰略的安全；中國會重點發展與補貼純電動（EV）和插電式混合動力汽車（PHEV）；純電動汽車將是最終的發展目標，中短期內將以插電式混合動力車作為重點過渡車型；比亞迪、中國一汽、吉利、長城、長安、江淮等整車廠商都在大力發展插電式混合動力汽車。 飛思卡爾亞太區汽車及工業解決方案事業部全球產品市場經理郗蘊俠博士（見圖3）強調了駕乘安全的重要性。她援引世界衛生組織的統計數據：全球每年有130萬人死于交通事故，受傷的人數更是幾倍于上述數字。其中90%的事故發生在發展中國家。因此，眾多OEM和半導體廠商將把功能安全作為以后的重要發展方向。 （未完，見下回復欄） |
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新能源汽車技術 劉魯偉透露，HybridPACK2模塊的高功率密度、低自感、低熱阻及可靠性，已吸引了國內新能源整車廠商的關注。英飛凌近期贏得了國內一家整車廠商采用HybridPACK2功率模塊的大型項目，但他沒有透露這家廠商的名稱。 他強調：“新能源汽車對英飛凌是個重大機遇。目前每輛整車中汽車電子產品的價格已達200多美元，而IGBT模塊的價格通常為3、400美元。當中國新能源汽車市場起量時，我們的收入用財源滾滾形容毫不夸張，而且重新奪回因瑞薩和NEC電子合并而失去的汽車電子老大的地位不是難事。對于混合動力汽車，還可提供DC/AC逆變器、大功率DC/DC轉換、高壓電池-低壓電池的DC/DC轉換、AC/DC充電器和動力電池管理系統（BMS）等大功率技術。” 在現有的電機控制中，采用的是MCU加外部RDC（旋轉變壓器轉換單元），成本約6、7美元。CPU需從外部RDC讀取角度值，然后查表，搜索sin和cos值。富士通半導體針對EV/PHEV電機控制的200MHzCPU MB91580集成了雙RDC，CPU可直接從寄存器中讀出上述數值。此前的9步處理流程縮減為5步，處理時間從25μs減到12μs，將電機控制時間比前一代產品縮短了40%。 通過電機控制抑制CPU負載率，能同時進行BMS控制和DC/DC控制。BMS系統中的ML5218芯片最多可管理15節動力電池，串聯數據采集模塊（DCM）可擴展管理30節電池。 飛思卡爾2月28日在德國紐倫堡的世界嵌入式大會上，針對空調風機、雨刮器、燃油泵和水泵等平臺應用，推出了S12MagniV 16位S12ZVM系列混合信號MCU。這款單芯片電機控制方案集成了MCU、MOSFET柵極驅動單元、電壓調節器和LIN物理層。通常實現上述4個功能需要2-4個芯片。另外，S12ZVM系列可將機械或液壓系統、標準DC電機替換為BLDC電機。 談到汽車，無疑安全是第一位的。郗蘊俠指出，汽車工業迫切需要功能安全解決方案。從最初設計系統開始，需要引入功能安全的概念，然后在每一步設計中都要符合功能安全的標準。 功能安全是指系統不存在由于電子電氣的功能故障而導致不合理的風險。對于汽車電子電氣系統，要遵守ISO26262標準與IEC61508功能安全標準。2011年11月，ISO26262標準根據安全風險程度，對系統或系統某組成部分劃分出A、B、C、D的汽車安全完整性等級（ASIL），D最高，安全需求最嚴。隨著ASIL等級的增加，針對系統硬件和軟件開發流程的要求也隨之增強。 她表示，飛思卡爾的功能安全SafeAssure計劃滿足ISO26262和IEC61508標準，及ASIL D要求。支持安全流程、安全硬件、安全軟件和安全支持4個領域。其中所需硬件包括MCU、傳感器、模擬器件和電源管理芯片；軟件有AUTOSAR OS、MCAL等。ASIL D系統設計如圖4所示。
圖4 采用PowerSBC和MCU進行ASIL D系統設計 郗蘊俠舉了個MCU的例子。MPC5643L（獵豹）是為功能安全設計的MCU，采用了兩個CPU，提高處理能力。兩個核可并行運算，或一個核工作，另一個核作監控，即鎖步模式。內置自測（BIST）和共因失效檢測也很重要。例如，溫度傳感器專門測試MCU內部的溫度。為滿足ASIL標準，英飛凌的CIC61508安全監控芯片（見圖5）可監督MCU的工作，最值得關注的是，它還可監控其它廠商的MCU，“目前全球只有我們能提供這種芯片。”劉魯偉稱。
圖5英飛凌的CIC61508安全監控芯片結構圖 中國車主有望很快享受TPMS和ADAS汽車安全系統從最初的被動安全發展到后來的主動安全，現又發展到了安全性預測。這類技術包括胎壓監測系統（TPMS）；高級駕駛員輔助系統（ADAS）等。在國外應用已比較成熟，但在中國剛開始起步。 據交通安全管理部門統計，因爆胎引發的交通事故占各類事故總數的1/3強，且多是惡性事故。因此，現在TPMS在很多國家已是強制標準配置。中國政府也出臺了TPMS建議性標準，可在行駛中隨時檢測胎壓和溫度，以盡量保護駕乘者的人身安全。英飛凌可提供TPMS SP37芯片。 ADAS系統包含后視停車輔助、多攝像頭全景停車輔助、前大燈控制（隨動轉向、水平調節、遠近光調整）、車道偏離預警（見圖6）、交通標志識別、前方碰撞預警、行人檢測、自動巡航系統等功能。涉及的技術有視頻放大、編碼、傳輸、解碼、處理和顯示系統。
圖6 車道偏離預警原理示意圖。根據幾個前視和側視攝像頭輸入的圖像，與車輛前方的參考物（圖中綠色十字）、左側行車線（紅色）、右側行車線（藍色）進行實時圖像疊加對比，確定車輛是否偏離正常車道。 ADI工程師表示：“通過安裝后視/前視/側視攝像頭和視覺處理ECU，可用上述ADAS功能提前警示駕駛員，提高行車安全。例如車道偏離預警，根據幾個前視和側視攝像頭輸入的圖像，與車輛前方的參考物（途中綠色十字）、左側行車線（紅色）、右側行車線（藍色）進行實時對比，確定車輛是否偏離正常車道。若某段距離的行車線被物體壓住或遮擋，攝像頭無法識別時，則系統會根據此前的數據進行“慣性”計算，直至捕捉并輸入了新圖像。”后視攝像頭現較普遍，前視通常只能在奔馳、寶馬、蘭博基尼、保時捷等豪車上見到，且比例也不到30%。不知目前仍嫌小貴的ADAS何時能“飛入”尋常百姓的普通車里？ ADI工程師給出了答案：其提供基于VGA或HD分辨率的前視攝像頭輔助駕駛的低、中、高端參考方案。Blackfin處理器BF592的低端方案，可實現車道偏離預警功能，成本僅2美元。BF53x/561中端方案可實現車道偏離預警、自動遠近光燈和交通標志識別功能，成本十幾美元。BF60x高端方案除上述功能外，還包括前方碰撞預警和行人檢測。但他沒有透露具體成本。 目前在國內正與深圳航盛和豪恩電子合作，開發后裝市場。需要注意的是，要配合車載多媒體安裝，還不能單獨安裝。 其他ADAS方案還有：富士通半導體開發的目前全球唯一能實現三維360度輔助駕駛系統效果的方案，飛思卡爾的MPC5604E芯片，及英飛凌的前大燈控制芯片TLE4206-xG。 對于汽車視頻應用，目前的LVDS電纜既貴且重。飛思卡爾的以太網控制器和博通的低成本非屏蔽以太網雙絞線，將在寶馬于2013年推出的基于以太網的新X5車型上出現。寶馬宣稱：2013年將開啟汽車以太網時代。 Nvdia（英偉達）表示，將在具有3D功能和渲染能力的Tegra（圖睿）車用SoC里采用Spansion的GL閃存，有望應用于奧迪、寶馬、蘭博基尼、特斯拉等汽車的ADAS和抬頭顯示儀（HUD）中。 GL系列閃存的頁面模式讀取速度比其他并行NOR閃存高45%，因此，駕駛員在按下數字儀表盤按鈕的瞬間，可以快速啟動，提升駕乘舒適性。這款產品在2012年德國紐倫堡國際嵌入式系統展會（Embedded World 2012）上進行了展示。 汽車黑匣子 處于安全考慮，現在不少車主想把車輛行駛中的各種狀態記錄、保存下來。為了滿足這種需求，韓國Core Logic開發了多款汽車行駛記錄儀，俗稱汽車黑匣子（見圖7、圖8和圖9）。
圖7 韓國Core Logic展示的汽車行駛記錄儀PC播放器
圖8 韓國Core Logic開發的汽車行駛記錄儀的外觀（1）
圖9 韓國Core Logic開發的汽車行駛記錄儀的外觀（2） Core Logic業務總監甘東振表示，只有攝像功能的汽車黑匣子價格為800元，帶攝像、GPS和Gsensor功能的為1300元。攝像頭為雙通道VGA或HD分辨率的。除芯片外，還提供包括軟件在內的交鑰匙解決方案。目前，正與現代汽車合作進行前裝開發。 看來，在后裝市場，花不到1000元就能裝個黑匣子。這樣，行駛在路上，出現刮蹭、碰撞等任何情況，責任馬上一清二楚，不會再出現扯皮，避免了可能發生的交通擁堵。而且有了黑匣子，平時停車也就更放心了，惡意毀車者就會留下鐵證。（記者 恩平） |
| （四）：能源與工業控制篇 |
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（四）：能源與工業控制篇 金剛狼——精彩的故事，很棒的MCU
圖1 德州儀器“金剛狼”MCU的形象渲染 剛看到上面這張圖片時，你會想到什么？猛獸留下的4個犀利、血腥的爪印？充滿殘忍與恐怖的暴力大片中的某個鏡頭？都不是。這只是德州儀器（TI）對其新開發的MCU很形象的渲染。德州儀器全球副總裁兼MCU業務部總經理Scott Roller對這款號稱具有業界最低功耗的MSP430 MCU作了如下解釋：“兩年前，TI請了一批最優秀的工程師坐下來，給了他們一個任務，設計一個低功耗MCU。要求功耗不能只降低5%或10%，而是不管從哪個角度看，不管用哪個參數比較，都應該實現全球同類產品最低的功耗。現在比市場上其他MCU功耗低50% 的“金剛狼”的誕生，表示我們當初的目的達到了。之所以選擇金剛狼（Wolverine）這個名字，是因為電影《X-戰警：金剛狼》里的主角叫金剛狼。他很厲害，可以用手掌把任何東西劈開一半，而我們想把MCU的功耗也降低一半。另外，金剛狼還長生不老。如果MCU是超低功耗，電池的使用時間就會延長，用戶設計出的產品也會有更長的壽命。” 看一下金剛狼“肌肉”的“野性”表現：待機功耗為360nA，運行功耗不到100μA/MHz，12位ADC的功耗為75μA。喚醒時間為6.5μs。環境溫度85℃時，仍可保持上述數據。 主要采用兩種技術實現了低功耗特性：一、TI特有的130nm混合信號超低漏電 （ULL） 工藝，把漏電流降低10倍以上，運行功耗降低15%。二、FRAM鐵電存儲器使金剛狼比基于閃存和EEPROM的微控制器每位功耗降低了約250倍。例如，寫入13kB數據時，閃存的功耗為6600μW，FRAM為27μW。另外，FRAM的寫入次數約1015。 儀表計量等工業品、便攜醫療和健身設備、電動汽車電機控制和充電部分，及消費電子產品等對功耗很敏感的領域，屬于金剛狼MCU適合的應用（見圖2）。Roller特別強調：“未來金剛狼也會有新產品針對日本的家電廠商。”
圖2 運動健身和儀表計量應用中，金剛狼MCU與其他MCU的性能比較 中國的能源市場結構是西強東弱。西部地區有豐富的能源，如火力發電、水力發電、風能及太陽能發電，新能源是主要發展趨勢。用電則是東強西弱，因此迫切需要實現西電東輸。未來的趨勢是電網將全面實現聯網化，會把小區及每個用戶的電力需求網絡化，包括新能源接入和家庭能源智能管理。中國政府提出建設堅強智能電網，輸配電要強壯，用電要保證可控，智能電表是個關鍵環節。另外，新能源發電的并網，及微網儲能，是目前產業界面臨的主要問題。 輸配電網絡化方面，把各地的傳統變電站轉化成數字化、智能化變電站是未來的趨勢。據政府的十二五計劃，將建設6100座220千伏或110千伏以上的數字化變電站。其中，半導體傳感技術很重要。傳統的輸配電以保護和測控監控為主的保護和測控都是在二次測進行的，未來將逐漸把這部分轉移到一次測。這樣，大部分設備都在室外，對半導體芯片的工作溫度范圍、抗干擾及特殊環境的需求都增加了。 對于太陽能發電，英飛凌基于ARM Cortex-M4處理器的XMC4000 32位MCU系列可滿足電力驅動和新能源系統逆變控制的需求。 英飛凌工業與多元化電子市場事業部MCU高級總監Stephan Zizala表示，XMC4000有4個快速并聯12位ADC模塊、2個12位DAC、4個∑-Δ解調器模塊，采樣速率為3.5MSPS，可有效剔除逆變過程中的直流分量，不需要CPU的干預，降低了負荷，提高了精度。采用了類似FPGA的模型，由用戶自行定義觸發方式（見圖3和圖4）。
圖3 英飛凌XMC4000 32位MCU系列可滿足電力驅動和新能源系統逆變控制的需求（1）
圖4 英飛凌XMC4000 32位MCU系列可滿足電力驅動和新能源系統逆變控制的需求（2） XMC4000包含5個系列：XMC4100、XMC4200、XMC4400、XMC4500 和XMC4700。XMC4500系列采用120MHz的CPU、汽車工藝級的1MB嵌入式閃存、160KB的RAM。還配備三個CAN模塊、6個通用串行通信通道和一個用于通信的外置總線接口。Zizala稱，串行通信接口USIC是個特有的技術創新，不改變硬件，用軟件定義通信接口是UART還是SPI，或Quad SPI、IIC、IIS或LIN。例如，2個UART和4個SPI，或4個UART和2個SPI等。
圖5 ADI中國區技術業務經理張松鋼 另外，對于電力線路測量和保護，ADI中國區技術業務經理張松鋼（見圖5）表示，集成16位雙極性同步采樣SAR ADC和片內過壓保護功能的AD76068通道數據采集系統（DAS），可實現對多相輸配電網絡的大量電流和電壓通道進行同步采樣。伺服控制 在伺服控制系統領域，中國本土數控系統、電機和驅動、運動控制和變頻器廠商已占據了絕大部分中低端市場，正進入中高端市場。 ADI的張松鋼指出：“西門子、安川、松下等國外廠商擁有高端技術優勢和性價比，本土廠商想在這個市場繼續攻城略地就像蜀道之難。大陸品牌在6軸、7軸聯動伺服、機器人伺服等高端應用，及通信總線接口技術方面，與上述廠商的差距至少有20年。”他建議本土廠商從提高伺服驅動的精度和可靠性方面突破中高端。 他表示，伺服驅動解決方案與運動系統實現最高性能和精度密切相關。多數情況下，最終用途是高精度數控機床、運動控制或機器人系統，這些系統要求能精確控制位置，電機扭矩對準性能最佳。” 張松鋼分析了伺服驅動控制的系統設計趨勢和主要挑戰： 1.在伺服控制中，高精度電流和電壓檢測可提高速度和扭矩控制性能，這要求12位以上多通道ADC。 2.位置檢測性能是伺服控制的關鍵，常使用光學編碼器和旋轉變壓器作為位置傳感器。伺服控制技術從模擬向數字的轉換推動了現代伺服系統的發展，也滿足了對于電機控制的性能和效率的要求。 3.從優先考慮安全和保護的角度，信號采樣和功率器件驅動應采用隔離技術。 4.使用DSP處理器可實現矢量控制和無傳感器控制。 5.長生命周期和高可靠性的芯片是伺服控制系統的首選。 6.普通交流感應電機向永磁同步電機轉變是大勢所趨，高效、靈活的算法很重要。 對此，ADI提供了現代伺服控制系統信號鏈（見圖6）的解決方案，包括隔離器、處理器、轉換器和混合信號前端。
圖6 伺服控制系統框圖和信號鏈組成 張松鋼表示：“在位置檢測和電流電壓檢測或隔離電路中，12位以上ADC將取代10位ADC；高端伺服應用需要更高效更復雜的算法，目前100~150MHz的DSP/MCU會顯得捉襟見肘，400MHz Blackfin DSP可滿足需求；中高端伺服系統未來會逐步支持工業組網，支持Profibus/485/CAN等多種標準制式的iCoupler數字隔離接口方案可實現伺服系統與工業網絡的連接。”（記者 恩平） |
