如何简化控制车内日益复杂的BCM、ECU？

[Quanqiu]

摘要：SPOC^TM+2是英飞凌基于最新SMART 7 300mm 薄晶圆技术制造的产品，相比于市场上通用的200mm制造技术，能更快扩大产能。

人类对代步工具的探索一直孜孜不倦，从原始的步行奔跑，牛车，马车，人力车，自行车……直到现在深入家家户户的汽车，探索从未停止。随着科技的飞速发展进步，对汽车而言，除了处于风口的自动驾驶，耳熟能详的手动变自动，人们对车内照明，座椅的舒适度，车门关闭或车窗升降的智能化，都提出了越来越高的要求。随之而来，BCM，车内电子控制单元ECU，如接线盒，保险丝，继电器箱需要支持更多新功能，因而也变得越来越复杂。

如何支持并优化这些日益复杂的模块？作为全球领先的半导体科技公司，英飞凌于2018年面向市场推出了支持SPI通讯的多通道高边功率控制器SPOC?+2，为这些复杂模块提供了领先的解决方案。

SPOC^TM+2是英飞凌基于SMART 7技术制造的。相比于竞争对手仍在200毫米晶圆上生产车用功率半导体，英飞凌已在300毫米晶圆上进行生产。很明显，300毫米晶圆比200毫米晶圆能更快地扩大产能。而SMART 7正是英飞凌最新的300mm 薄晶圆制造技术，最高可使功耗降低55%，PCB尺寸缩小40%。

首先，什么是SPOC^TM+2？

SPOC^TM+2是英飞凌基于SMART 7技术制造的新一代多通道智能高边功率开关，其控制、配置及诊断功能都是通过串行外设接口（SPI）进行的。该产品有4通道和6通道器件，具有最新的诊断和保护功能。

该产品可通过SPI总线控制多路输出，节省MCU资源，最终降低了系统成本，广泛用于电阻、感应和电容负载，比如门锁、座椅加热和车内照明，以及照明和配电负荷。

SPI串行外设接口有何优势？

串行外设接口（SPI）是微控制器与外部IC（比如传感器、ADC、DAC、智能开关等）之间最常用的接口之一。在控制和诊断输出驱动器（通常称为“从机”）时，它减少了微控制器（通常称为“主机”）所需的输入引脚和输出引脚数量。

SPI如何工作？

SPI是一种同步的全双工主从式接口。这意味着主机和从机可以同时传输数据，来自主机或从机的数据在时钟上升沿或下降沿是同步的。SPI接口可以是3线式或4线式。

英飞凌SPOC^TM+2使用的是4线SPI接口。4线SPI器件有4个信号：时钟（CLK）、片选（CSN）、主机输出从机输入（MOSI）和主机输入从机输出（MISO）。

MO引脚将数据从主机传输到从机，SO将数据从从机传输到主机MI。请注意，主机就是产生时钟信号的器件。SPOC^TM+2的最大时钟频率为5 MHz。SPI接口只能有一个主机，但可以有一个或多个从机。当有多个从机时，片选信号仅选择一个。

下图显示了SPI通信的四个信号。CSN引脚决定了访问的开始。当时钟信号变为低电平时，对数据进行采样，并在其回到高电平时移出。CSN的上升沿决定了访问的结束。仅当符合模8计数器功能的要求，出现8位的倍数时，数据才会传输。

从机连接有两种：菊花链模式连接和并行连接。

并行连接

并行配置为每个从机提供了专用的片选线。如图所示，另外三行（SCLK、MOSI、MISO）在所有其他器件之间共享。当特定节点未传输时，MISO输出必须为“三态”，以避免互相干扰。

菊花链连接

在菊花链配置中，微控制器所需的引脚数目减至4个，即MO、MI、MCSN和MCLK，而与菊花链中的从机数量无关。来自主机的数据直接送到第一个从机，该从机将数据提供给下一个从机，依此类推。

使用这种方法时，由于数据是从一个从机传播到下一个从机，所以传输数据所需的时钟周期数与菊花链中从机的位置成比例。例如，在8位系统中，为使第二个从机能够获得数据，需要16个时钟脉冲。在这种情况下，在菊花链中使用三个器件时，这些从机之间必须移位24位。此后，MCSN必须转为“高位”，才能结束通信。

8位SPI有哪些优势？

大体上来讲，它可以最大程度地减少MCU的资源占用，以便客户以菊花链模式连接更多器件。因此，它的主要优点在于：仅需一个引脚即可选择器件。但同时需要注意的是：从机的更新速度会因为器件增多而减慢，且一旦某个元件发生故障，便会导致其他器件信号中断。

总而言之，与并行配置相比，菊花链配置有两大优点：减少了所需的GPIO数量，缩短了选择所有从机所花费的时间。

与SPOC^TM+2不同，市面上并非所有SPI器件都支持菊花链模式。

英飞凌SPOC^TM+2 关键优势、SPI功能总览

SPI协议逻辑

SPI总线的数据通信是基于移位寄存器进行的，其中的位被释放，并通过输出SO和输入SI进入。SI线表示从微控制器传输的帧，而SO线表示SPOCTM+2给出的应答。我们可以看到，响应是在下一帧中发送的。正确命令的响应是确定性的，可以解码为下一帧提供的标准诊断帧或警告诊断帧。读取寄存器时，寄存器内容始终在下一帧显示。然后将寄存器内容传输回微控制器。

传输至微控制器的帧在以下情况下，不受前一帧影响：

• 传输帧时发生错误；

• 器件的数字电源来自上电复位条件；

• 电源电压低于电池瞬态保护的电源电压阈值，并且电流检测多路复用器状态不是111。

英飞凌SPOC^TM+2家族系列采用了同一个SPI概念。也就是说，同一套标准的诊断概念、警告诊断概念、错误诊断概念、以及相同的配置寄存器、校验和验证概念对所有的产品有效。在下表，可以看到4通道器件的警告诊断和错误诊断信息，以及6通道器件的警告诊断和错误诊断信息。总之，针对SPOC^TM+2开发的软件适用于所有集成的SPOC^TM+2产品。

配置寄存器的写入命令

可以通过发送不同的写入命令，来配置寄存器。比如，使用位OUT打开通道n；使用OCR设置过电流阈值；利用RCD来制定重启策略；使用KRC，设置电流感应比范围；使用PCS，设置并行通道和开关斜率；使用HWCR，设置硬件配置；使用ICS，设置输入和校验和状态；使用DCR，进行诊断配置。

上述寄存器配置，使得SPOC^TM+2成为了适用于各种应用的灵活解决方案，不同应用总有不同的寄存器对应，方便灵活，易用！。

最后，两句话总结SPOC^TM+2：

家族化的设计理念，支持多路高边驱动，且内部集成的保护诊断功能，适用于车用或工业的各种恶劣环境。

采用正是英飞凌最新SMART 7  300mm 薄晶圆制造技术，最高可使功耗降低55%，PCB尺寸缩小40%。

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