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汽车电子MCU设计方法

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针对汽车电子领域来讲,将对整车级、零部件级的电磁兼容要求强制性标准,结合到集成电路中的设计,才能使电路更易于设计出符合标准的最终产品。作为电子控制系统里面最为关键的单元——MCU,其EMC性能的好坏直接影响各个模块与系统的控制功能。下面介绍在关于汽车电子MCU中使用的可行性设计方法

 

1.时钟电路设计

  

由于时钟电路所产生的时钟信号一般都是周期信号,其频谱是比较离散的,离散谱的能量集中在有限的频率上。又由于系统中各个部分的时钟信号通常由同一时钟分频、倍频得到,它们的谱线之间也是倍频关系,重叠起来进而增大辐射的幅值,说时钟电路是一个非常大的污染源。

 

针对汽车电子MCU数字前端设计,在抗EMI方面采用门控时钟的方法改进。任何时钟在不需要时都应关闭,减低工作时钟引起的电磁发射问题。根据A8128(汽车电子MCU的型号)芯片系统功能设计要求,采用Run、Idle、Stop和Debug四种工作模式,在每一种工作模式下针对系统时钟、外设模块时钟进行适当门控。此外还有几种常见在时钟方面的抗EMI的设计方法,包括:

 

①降低工作频率

  

MCU的工作时钟应该设定为满足性能要求所需的最低频率。从测试结果可以看出,一个微处理器的运行频率由80MHz变为10MHz,可以使频谱宽频范围内的干扰峰值产生几十dBμV的衰减,而且能够有效的降低功耗。

 

②异步设计

  

异步电路工作没有锁定一个固有频率,电磁辐射大范围均匀分布而不会集中在特定的窄带频谱中。这一关键的本质特征决定了即使异步电路使用大量的有源门电路,它所产生的电磁发射也要比同步电路小。

 

③扩展频谱

  

扩展频谱时钟是一项能够减小辐射测量值的技术,这种技术对时钟频率进行1%~2%的调制,扩散谐波分量,在CISPR16或FCC发射测试中峰值较低,但这并非真正减小瞬时发射功率。因此对一些快速反应设备仍可能产生同样的干扰。扩展频谱时钟不能应用于要求严格的时间通信网络中,比如FDD、以太网、光纤等。
 


 

2.IO端口设计

  

在汽车电子MCU的输入输出端口设计中也加入了抗EMI方案,包括翻转速率(slewratecontrol)和驱动强度(drivestrength)控制方法。通过在所有通用P口引入可配置的翻转速率和驱动强度寄存器,在需要的时候打开相应功能。翻转速率有打开和关闭两种选择,打开后能够有效地平缓上升沿或者下降沿,降低瞬态电流,进而控制芯片产生的电磁干扰强度。驱动强度有强驱动电流和弱驱动电流两种选择,在能够满足工作驱动强度的情况下,选择弱电流驱动会更好的控制电磁干扰现象。

 

基于GSMC180nm工艺库,选择具有施密特触发特性的IO,可以有效地平缓输入信号中带进来的尖峰或者噪声信号等,对芯片的电磁抗扰度有所帮助。灵动微MCU是国内本土领先的MCU厂商,向市场提供应用在汽车电子,工业,手机,智能家电,航空航天等不同应用范围。可用于替换意法半导体MCU。