利用SAM HA系列器件简化复杂LIN节点的设计

在汽车应用中，典型的本地互连网络 （LIN） 节点具有一组有限的功能，例如监控机械开关或方向盘上的触摸按钮，并将信息发送到连接的 LIN 主机。对于此类涉及最少计算的任务，主要的设计因素是低成本和尺寸限制。然而，随着多个嵌入式控制单元 （ECU） 被集成到现代汽车中，每个模块的功耗都需要优化。

虽然 CAN 部分网络 （CAN-PN） 等新技术正在引入新方法来降低总线范围内的功耗，但为微控制器 （MCU） 配备正确的外围设备和功能以实现极低的静态电流也很重要点火关闭时处于待机状态的 ECU 的功耗。空间是另一个问题。随着越来越多的 ECU 用于车辆中以提供额外的功能，模块需要变得更小更轻。优化设备至关重要，因此它们可用于创建小型 ECU。

随着设计人员面临开发日益复杂的 LIN 节点同时保持甚至减少这些节点占用的空间量的必要性，Microchip 现在提供了一系列新的低功耗、多芯片系统级封装 （SiP） 器件，以解决这些要求。SAM HA系列 SiP 将基于 32 位 Arm Cortex-M0 的微控制器 （MCU） 的性能和能效与功能丰富的 LIN 系统基础芯片 （SBC） 的优化架构和外设集与完全集成的 LIN 相结合收发器。

将这两种功能集成在一个封装中可节省宝贵的电路板空间并简化印刷电路板 （PCB） 布局。无需在两个集成电路 （IC） 之间路由 TXD 和 RXD 信号，因为此连接是在内部进行的，以便为其他 I/O 功能腾出引脚。为了在规划您的系统设计时提供灵活性，这两个设备具有独立的电源。您可以使用电池为整个系统供电，并使用具有 3.3V/85 mA 输出的内部稳压器为 MCU 和 PCB 上的其他组件供电。

可提供多种外设以满足各种 LIN 应用的要求。其中包括一个集成的 DMA 控制器和事件系统。其中许多外设都是高度优化的模块，经过数十年的 MCU 设计和创新不断发展和完善。为了为您的设计提供额外的灵活性，SAM HA 系列 SiP 的每个成员都提供了独特的功能，并配备了高达 64 KB 的闪存和 8 KB 的 RAM。

第一款推出的器件 ATSAMHAxGxxA 是一款通用器件，采用小型 48 引脚 QFN 封装，提供多种功能。最近发布的 ATSAMHAxExxA 是一款 32 引脚 QFN 器件，尺寸仅为 5 mm × 5 mm，但集成了创建更小 LIN 节点所需的所有功能。表 1 概述了两组设备的特性。请注意，它们都提供相同的 LIN 功能，但 MCU 中可用的外设数量因封装尺寸而异。

事件检测和电源管理

事件系统允许外围设备之间进行自主、低延迟和可配置的通信。它可用于触发其他外设中的操作并唤醒 MCU，而无需 CPU 干预。大多数外设可以配置为生成事件并响应来自其他外设的事件。为此，使用 12 个可用通道之一在两个外围设备之间建立直接连接，然后将其专门用于该事件。与传统的基于中断的系统相比，这减少了 CPU 和其他系统资源的负载。

外设触控控制器

如果您想在汽车应用中实现支持触控的界面，SAM HA 系列 SiP 中的一些器件包括一个外围触控控制器 （PTC），它为电容式触控识别提供硬件支持。QTouch 库可用于实现按钮、滑块、滚轮和接近检测。PTC 可用于两种模式。自电容模式允许每个 I/O 引脚连接一个触摸传感器，而互电容模式通过将它们以矩阵形式连接到 X 和 Y 通道来支持多达 90 个通道。可用通道的数量取决于所使用的系列中的哪个器件。在任何一种模式下都不需要外部组件来执行触摸采集。差异如图 1 所示。

串行通讯接口

SAM HA 系列 SIP 为汽车应用提供出色的灵活性，提供多达五个串行通信接口 （SERCOM） 外设。这个创新模块完全可以通过软件配置来处理 I2 C、USART、LIN 和 SPI 通信。来自不同供应商的经过验证和合格的 LIN 堆栈使用 SERCOM 为同一控制器上的一个或多个从节点提供 LIN 功能。为了节省电力，SERCOM 也可用于仅在 LIN 总线上有活动时将设备从待机模式唤醒。设备可以足够快地唤醒以接收和响应第一帧。

梦游

Microchip 的 SleepWalking 技术是 SAM HA 系列 SiP 中的另一项功能。SleepWalking 旨在最大限度地减少电流消耗，允许系统通过仅在外围设备执行其功能所需的时钟时才激活时钟来节省功耗。当设备处于睡眠模式时，通常会关闭所有时钟以避免不必要的功耗。必要的时钟可以在没有 CPU 干预的情况下临时启用，允许 CPU 在整个过程中保持睡眠模式。事件系统和 SleepWalking 功能可以结合使用以最大限度地降低功耗，如下例所示：

CPU 处于休眠状态，定时器通过事件系统每秒触发一次模数转换器 （ADC） 测量。

当触发发生时，ADC 将打开运行 ADC 测量所需的时钟，并在不再需要时将其关闭。

ADC 会将采样值与先前存储的阈值进行比较，如果采样值在窗口内，则唤醒 CPU。

在整个过程中，CPU 保持睡眠模式，相关时钟仅在实际需要时才处于活动状态。

另一个好处是计时器经过和事件实际处理之间的延迟更短且具有确定性，如图 3 所示。

集成稳压器

由于其非常灵活的外围设备，SAM HA 系列 SiP 可以满足各种应用的要求。例如，集成稳压器无需外部组件以节省成本，同时减少了设备的占位面积，使其成为小型模块的理想选择。

集成 LIN-SBC

节省空间的集成 LIN-SBC 具有两个功能。首先，它提供了一个 3.3.V/85 mA 低压降稳压器，旨在为模块上的 MCU 和其他设备供电。这使得小型模块可以完全通过电池供电，而无需额外的稳压器。其次，它提供了一个根据 LIN 2.2A、ISO17987 和 SAEJ2602-2 规范设计的 LIN 收发器。TXD 和 RXD 内部连接，只有总线引脚需要在 PCB 上布线。

为了获得额外的设计灵活性，这些 SiP 中使用的两个 IC 可作为具有其他变体的独立设备系列提供。您可以选择具有不同引脚数的器件、不具有 LIN 功能的器件以及具有其他选项的器件。这使您能够在开发具有略微不同要求的类似应用程序时重用代码。

审核编辑：郭婷