车用电动辅助转向系统的点火控制元件包含以下模组：

微控制器

由于是使用电池供电的系统，因此需要一个超低功耗的微控制器。除了处理点火系统、马达及其它系统功能外，还可支援中控锁系统，以及和不同的车用外部元件进行通讯。

CAN 收发器

收发器用来接收汽车的输入讯号，并且和微控制器进行通讯。

转向马达

通常为无刷马达，包括有感(霍尔效应，Hall Effect based)或无感型。这些马达须具备高可靠性与效率，以配合汽车应用的需求。

可充式铅酸/锂电池

汽车使用的电池种类包括铅酸到锂电池，汽车应用大多数使用可充式铅酸电池。

显示器

通常为附有背光的液晶萤幕，用来显示温度、电池输入、速度值、距离、以及错误/警告讯息。

键盘

汽车应用通常使用机械按钮式键盘。

电源管理

子系统用来执行各功能模块并监视电池活动，主微控制器搭配比较器与分立逻辑或内部可编程逻辑元件，可用来管理铅酸电池。并提供使用者电池的安全与关键资讯。

点火系统

汽车产业使用的点火系统，通常为16或32位元的微控制器，内含ASIC电路，用来执行点火控制。例如Cypress的PSoC系列元件，提供一个微控制器与可编程逻辑来控制与管理汽车内部的各项功能与特色。当驾驶人使用点火钥匙启动汽车时，输入讯号就传送到微控制器，然后启动三相无刷汽车马达。微控制器还会透过CAN收发器接收驾驶人发出的汽车转向角度、监视转矩感测器、以及车辆输入讯号，驱使车辆移动。PSoC 微控制器把驱动电路建置在可编程逻辑元件中，并以驾驶人要求的速度，驱动三相无刷汽车马达。加速煞车感测器收到驾驶人的输入讯号后控制马达的速度(速度会随时间改变)。

微控制器使用内部或外部串列EEPROM(I2C/SPI型)元件，用来储存像是距离等资料。微控制器的RTC则提供精准的时间数据，显示在萤幕上供驾驶人参考。温度监视是利用内建RT​​D或热敏电阻的温度感测元件来执行。

还有其他功能像是使用障碍感测器，在停车时取得车辆周围的资讯、由燃油感测器提供有关引擎中剩余燃油的资讯、监视电池输入并在液晶萤幕上显示其状态、以及继电驱动器电路用来切换煞车灯/头灯以及方向灯。

电源子系统包含一个可充式铅酸/锂电池，作为电源之用。子系统还建置了电池充电器。电池输入经过降压转换成直流电压，供微控制器与其他电路使用。驾驶人可利用点火钥匙启动与关闭汽车内建变压器。电源子系统还建置许多保护机制，像是过压、过热、以及启动失败状况。还可为手机等外部装置提供充电功能。

图一 : 电动辅助转向系统点火控制模块

建置点火控制系统

PSoC 结合了32位元微控制器、可编程逻辑、高效能类比至数位转换功能以及广泛使用的固定功能周边元件。它的ARM Cortex-M3微处理器核心提供高达256KB的快闪记忆体、64KB的SRAM、以及2KB的内建EEPROM。

点火控制系统使用6个内建N-Channel MOSFET以及闸极驱动电路，用来驱动三相无刷马达。包括一个内部脉冲调变、时脉、多工器、以及比较器，负责驱动与控制三相无刷马达。 16位元PWM用来驱动控制马达用的FET型闸极驱动电路（PWM的占空系数会随着系统与驱动器要求的速度调整） 。

内部PGA、比较器以及内含取样保持(S/H)功能的12位元1MSPS SAR ADC，藉由改变PWM的占空系数来控制马达的速度。还用来量测电池监视和低成本温度感测，或是使用热敏电阻或RTD等温度感测元件; 建置一个障碍感测器和燃油感测器。由于这些功能整合到MCU，因此不需要外部放大器或比较器。

另外，点火子系统中的MCU还能直接驱动喇叭、煞车灯/头灯、方向灯等组件使用的继电器，还能直接驱动液晶萤幕，以显示温度读数、电池状态、行车速度、距离、以及错误/警告讯息。 PSoC运作电压为1.71至5.5伏特，可轻易连结外部周边元件，以支援其他应用。

在使用可充式铅酸/锂电池作为电源时，PSoC这类微控制器会利用内建降压器来调降输入电压，最低能支援1.71伏的工作电压，藉由超低功耗的运作模式来达到更长的电池续航力。

运用PSoC Creator IDE 工具，顾客可在单一开发环境中设计所有介面与逻辑功能。 PSoC Creator提供一个现成的元件模块库，为马达驱动应用设计像是PWM、CLK、MUX以及比较器等元件。其他元件还包括直接驱动式字符与数字/字母LCD、操作CAN协定介面、即时量测用的RTC元件以及内部系统时脉（不需外部时脉/震荡器电路）。

顾客还能善加运用整个工具产业体系的资源，包括整合编译器工具链、即时作业系统解决方案、以及众多产品程式编写。透过PSoC Creator，可运用阶层式图表设计技术，开发与分享各种由使用者自行定义的客制化周边元件。也可以自动执行特定元件的布局与绕线，并整合简单的黏装电路（通常位于分立的多工器内）。

点火控制系统中的过流保护，用来关闭负责驱动PWM的马达，借以停止马达运转。 PSoC拥有透过比较器触发PWM Kill讯号的功能，在侦测到过流状况时，能快速且可靠地终止马达驱动。这个模块的输入是来自汇流排电流，而截止参考值，是马达耗用电流的最大值。汇流排电流输入会传送给比较器，然后再由DAC调整与设定截止参考值。若汇流排电流低于参考门槛，比较器的输出就会设定在高位，并输出连结到PWM “KILL”讯号的输入。当这个 “KILL”输入处于高位时，PWM输出就会关闭，以防止马达损毁。运用PSoC Creator建置这个完整模块，点火控制系统的设计师不必撰写任何额外的韧体。

无感马达控制

无感马达控制系统不需要霍尔感测器，它采用反电动势通过正零交越点的侦测技巧来控制马达转动。当马达转动时，每个线圈都会产生一个电压，称为反电动势(Back EMF)，和供应至线圈的主电压方向相反。反电动势的极向和用来对线圈激磁的电压方向相反，和马达速度成正比。

图二 : PSoC型无感马达控制

在图中，来自三个相位的反电动势讯号终止后，DC汇流排扩大并连结到微控制器。 MCU利用MUX将终止的输入讯号切换到比较器，然后和DC汇流排电压进行比较。串接的数位逻辑滤波器处理PWM讯号，以取得真正的零点交越讯号。微控制器根据此来决定通讯的动作。

最佳的电流控制运用在PWM输出控制上，用来调整马达电流。内回路以比较器为基础; 回馈汇流排电流会和12位元DAC提供的参考电流值做比较。改变DAC输出，即可修改输出电流值。

有感 (HALL 效应) 马达控制

有感型无刷马达控制采用霍尔感测器输入，以侦测转子位置并控制马达的转动。并且把霍尔感测器的输入提供给微控制器，属于封闭回路系统。

设计挑战

= 500Ksps @ 10-bit)、內部快閃記憶體、SRAM記憶體、內部EEPROM、以及整合式類比與數位週邊元件，"高效能整合式微控制器内含较高MIPS 的CPU核心、快速的ADC(= 500Ksps @ 10-bit)、内部快闪记忆体、SRAM记忆体、内部EEPROM、以及整合式类比与数位周边元件，用来执行像是高效能类比量测、CAN介面的运作、驱动三相马达控制、LCD驱动、低功耗作业、RTC、以及连结各种外部通讯协定。

要驱动三相车用马达，须用到具备低导通电阻与低闸极电容的电源MOSFET。对于机板设计人员而言，面临的挑战是设计内含高功耗MOSFET驱动电路的机板，以及应付电池输入在机板产生的高电流。

由于这种系统含有电机元件，因此对于系统设计人员而言，面临的挑战是针对电动辅助转向系统中的点火控制，设计微型化、低成本的电机解决方案，并根据EMI/EMC标准来验证这种电机设计。

汽车应用需要失效侦测与回复机制。对于车用电动辅助转向系统中的点火控制而言，其电源供应器的设计须具备电池保护、过流、过热以及应付启动失败状况等功能。

理想的作法是选用含有OTP功能的微控制器，以防止韧体被竞争对手或骇客进行逆向工程。

系统限制

PSoC 微控制器也支援CapSense技术,运用CapSense型键盘来取代机械式按钮来减少因机械式按钮导致的故障,提供更高的产品可靠度。

在前端面板上建置触控萤幕设计来取代LCD萤幕与键盘，能在汽车环境中提供更好的使用者介面与弹性，

让汽车能透过UART或USB的介面控制iPod/iPhone装置,在车内为这些装置充电。

而最大的限制是，因为故障分析与返回的材料，机板上内部与外部介面的数量增加，入侵者有更多的途径来攻击系统。

车用电动辅助转向系统中的点火控制，目前大都采用微控制器搭配ASIC解决方案。 PSoC则是结合了微控制器与ASIC。运用PSoC元件的点火控制能协助汽车产业降低整个产品的成本(藉由减少物料清单成本)与专案成本(在PSoC Creator进行建置)。

---本文由赛普拉斯半导体提供---