作者：英飛凌汽車電子生態圈
如何簡化控制車內日益複雜的BCM、ECU？
摘要：SPOCTM+2是英飛凌基於最新SMART 7 300mm 薄晶圓技術製造的產品，相比於市場上通用的200mm製造技術，能更快擴大產能。
人類對代步工具的探索一直孜孜不倦，從原始的步行奔跑，牛車，馬車，人力車，自行車……直到現在深入家家戶戶的汽車，探索從未停止。隨著科技的飛速發展進步，對汽車而言，除了處於風口的自動駕駛，耳熟能詳的手動變自動，人們對車內照明，座椅的舒適度，車門關閉或車窗升降的智能化，都提出了越來越高的要求。隨之而來，BCM，車內電子控制單元ECU，如接線盒，保險絲，繼電器箱需要支持更多新功能，因而也變得越來越複雜。
如何支持並優化這些日益複雜的模塊？作為全球領先的半導體科技公司，英飛凌於2018年面向市場推出了支持SPI通訊的多通道高邊功率控制器SPOC?+2，為這些複雜模塊提供了領先的解決方案。
SPOCTM+2是英飛凌基於SMART 7技術製造的。相比於競爭對手仍在200毫米晶圓上生產車用功率半導體，英飛凌已在300毫米晶圓上進行生產。很明顯，300毫米晶圓比200毫米晶圓能更快地擴大產能。而SMART 7正是英飛凌最新的300mm 薄晶圓製造技術，最高可使功耗降低55%，PCB尺寸縮小40%。
首先，什麼是SPOCTM+2？
SPOCTM+2是英飛凌基於SMART 7技術製造的新一代多通道智能高邊功率開關，其控制、配置及診斷功能都是通過串行外設接口（SPI）進行的。該產品有4通道和6通道器件，具有最新的診斷和保護功能。
該產品可通過SPI總線控制多路輸出，節省MCU資源，最終降低了系統成本，廣泛用於電阻、感應和電容負載，比如門鎖、座椅加熱和車內照明，以及照明和配電負荷。
SPI串行外設接口有何優勢？
串行外設接口（SPI）是微控制器與外部IC（比如傳感器、ADC、DAC、智能開關等）之間最常用的接口之一。在控制和診斷輸出驅動器（通常稱為“從機”）時，它減少了微控制器（通常稱為“主機”）所需的輸入引腳和輸出引腳數量。
SPI如何工作？
SPI是一種同步的全雙工主從式接口。這意味著主機和從機可以同時傳輸數據，來自主機或從機的數據在時鐘上升沿或下降沿是同步的。SPI接口可以是3線式或4線式。
英飛凌SPOCTM+2使用的是4線SPI接口。4線SPI器件有4個信號：時鐘（CLK）、片選（CSN）、主機輸出從機輸入（MOSI）和主機輸入從機輸出（MISO）。
MO引腳將數據從主機傳輸到從機，SO將數據從從機傳輸到主機MI。請注意，主機就是產生時鐘信號的器件。SPOCTM+2的最大時鐘頻率為5 MHz。SPI接口只能有一個主機，但可以有一個或多個從機。當有多個從機時，片選信號僅選擇一個。
下圖顯示了SPI通信的四個信號。CSN引腳決定了訪問的開始。當時鐘信號變為低電平時，對數據進行採樣，並在其回到高電平時移出。CSN的上升沿決定了訪問的結束。僅當符合模8計數器功能的要求，出現8位的倍數時，數據才會傳輸。
從機連接有兩種：菊花鏈模式連接和並行連接。
並行連接
並行配置為每個從機提供了專用的片選線。如圖所示，另外三行（SCLK、MOSI、MISO）在所有其他器件之間共享。當特定節點未傳輸時，MISO輸出必須為“三態”，以避免互相干擾。
菊花鏈連接
在菊花鏈配置中，微控制器所需的引腳數目減至4個，即MO、MI、MCSN和MCLK，而與菊花鏈中的從機數量無關。來自主機的數據直接送到第一個從機，該從機將數據提供給下一個從機，依此類推。
使用這種方法時，由於數據是從一個從機傳播到下一個從機，所以傳輸數據所需的時鐘周期數與菊花鏈中從機的位置成比例。例如，在8位系統中，為使第二個從機能夠獲得數據，需要16個時鐘脈衝。在這種情況下，在菊花鏈中使用三個器件時，這些從機之間必須移位24位。此後，MCSN必須轉為“高位”，才能結束通信。
8位SPI有哪些優勢？
大體上來講，它可以最大程度地減少MCU的資源占用，以便客戶以菊花鏈模式連接更多器件。因此，它的主要優點在於：僅需一個引腳即可選擇器件。但同時需要注意的是：從機的更新速度會因為器件增多而減慢，且一旦某個元件發生故障，便會導致其他器件信號中斷。
總而言之，與並行配置相比，菊花鏈配置有兩大優點：減少了所需的GPIO數量，縮短了選擇所有從機所花費的時間。
與SPOCTM+2不同，市面上並非所有SPI器件都支持菊花鏈模式。
英飛凌SPOCTM+2 關鍵優勢、SPI功能總覽
SPI協議邏輯
SPI總線的數據通信是基於移位寄存器進行的，其中的位被釋放，並通過輸出SO和輸入SI進入。SI線表示從微控制器傳輸的幀，而SO線表示SPOCTM+2給出的應答。我們可以看到，響應是在下一幀中發送的。正確命令的響應是確定性的，可以解碼為下一幀提供的標準診斷幀或警告診斷幀。讀取寄存器時，寄存器內容始終在下一幀顯示。然後將寄存器內容傳輸回微控制器。
傳輸至微控制器的幀在以下情況下，不受前一幀影響：
-
傳輸幀時發生錯誤；
-
器件的數字電源來自上電復位條件；
-
電源電壓低於電池瞬態保護的電源電壓閾值，並且電流檢測多路復用器狀態不是111。
英飛凌SPOCTM+2家族系列採用了同一個SPI概念。也就是說，同一套標準的診斷概念、警告診斷概念、錯誤診斷概念、以及相同的配置寄存器、校驗和驗證概念對所有的產品有效。在下表，可以看到4通道器件的警告診斷和錯誤診斷信息，以及6通道器件的警告診斷和錯誤診斷信息。總之，針對SPOCTM+2開發的軟體適用於所有集成的SPOCTM+2產品。
配置寄存器的寫入命令
可以通過發送不同的寫入命令，來配置寄存器。比如，使用位OUT打開通道n；使用OCR設置過電流閾值；利用RCD來制定重啟策略；使用KRC，設置電流感應比範圍；使用PCS，設置並行通道和開關斜率；使用HWCR，設置硬體配置；使用ICS，設置輸入和校驗和狀態；使用DCR，進行診斷配置。
上述寄存器配置，使得SPOCTM+2成為了適用於各種應用的靈活解決方案，不同應用總有不同的寄存器對應，方便靈活，易用！。
最後，兩句話總結SPOCTM+2：
家族化的設計理念，支持多路高邊驅動，且內部集成的保護診斷功能，適用於車用或工業的各種惡劣環境。
採用正是英飛凌最新SMART 7 300mm 薄晶圓製造技術，最高可使功耗降低55%，PCB尺寸縮小40%。
該文章來源於“英飛凌汽車電子生態圈”官方微信，英飛凌汽車電子生態圈對該內容擁有最終解釋權。
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