車用電動輔助轉向系統的點火控制元件包含以下模組：

微控制器

由於是使用電池供電的系統，因此需要一個超低功耗的微控制器。除了處理點火系統、馬達及其它系統功能外，還可支援中控鎖系統，以及和不同的車用外部元件進行通訊。

CAN 收發器

收發器用來接收汽車的輸入訊號，並且和微控制器進行通訊。

轉向馬達

通常為無刷馬達，包括有感(霍爾效應，Hall Effect based)或無感型。這些馬達須具備高可靠性與效率，以配合汽車應用的需求。

可充式鉛酸/鋰電池

汽車使用的電池種類包括鉛酸到鋰電池，汽車應用大多數使用可充式鉛酸電池。

顯示器

通常為附有背光的液晶螢幕，用來顯示溫度、電池輸入、速度值、距離、以及錯誤/警告訊息。

鍵盤

汽車應用通常使用機械按鈕式鍵盤。

電源管理

子系統用來執行各功能模塊並監視電池活動，主微控制器搭配比較器與分立邏輯或內部可編程邏輯元件，可用來管理鉛酸電池。並提供使用者電池的安全與關鍵資訊。

點火系統

汽車產業使用的點火系統，通常為16或32位元的微控制器，內含ASIC電路，用來執行點火控制。例如Cypress的PSoC系列元件，提供一個微控制器與可編程邏輯來控制與管理汽車內部的各項功能與特色。當駕駛人使用點火鑰匙啟動汽車時，輸入訊號就傳送到微控制器，然後啟動三相無刷汽車馬達。微控制器還會透過CAN收發器接收駕駛人發出的汽車轉向角度、監視轉矩感測器、以及車輛輸入訊號，驅使車輛移動。PSoC 微控制器把驅動電路建置在可編程邏輯元件中，並以駕駛人要求的速度，驅動三相無刷汽車馬達。加速煞車感測器收到駕駛人的輸入訊號後控制馬達的速度(速度會隨時間改變)。

微控制器使用內部或外部串列EEPROM(I2C/SPI型)元件，用來儲存像是距離等資料。微控制器的RTC則提供精準的時間數據，顯示在螢幕上供駕駛人參考。溫度監視是利用內建RTD或熱敏電阻的溫度感測元件來執行。

還有其他功能像是使用障礙感測器，在停車時取得車輛週圍的資訊、由燃油感測器提供有關引擎中剩餘燃油的資訊、監視電池輸入並在液晶螢幕上顯示其狀態、以及繼電驅動器電路用來切換煞車燈/頭燈以及方向燈。

電源子系統包含一個可充式鉛酸/鋰電池，作為電源之用。子系統還建置了電池充電器。電池輸入經過降壓轉換成直流電壓，供微控制器與其他電路使用。駕駛人可利用點火鑰匙啟動與關閉汽車內建變壓器。電源子系統還建置許多保護機制，像是過壓、過熱、以及啟動失敗狀況。還可為手機等外部裝置提供充電功能。

圖一 : 電動輔助轉向系統點火控制模組

建置點火控制系統

PSoC 結合了32位元微控制器、可編程邏輯、高效能類比至數位轉換功能以及廣泛使用的固定功能週邊元件。它的ARM Cortex-M3微處理器核心提供高達256KB的快閃記憶體、64KB的SRAM、以及2KB的內建EEPROM。

點火控制系統使用6個內建N-Channel MOSFET以及閘極驅動電路，用來驅動三相無刷馬達。包括一個內部脈衝調變、時脈、多工器、以及比較器，負責驅動與控制三相無刷馬達。16位元PWM用來驅動控制馬達用的FET型閘極驅動電路（PWM的占空係數會隨著系統與驅動器要求的速度調整） 。

內部PGA、比較器以及內含取樣保持(S/H)功能的12位元1MSPS SAR ADC，藉由改變PWM的占空係數來控制馬達的速度。還用來量測電池監視和低成本溫度感測，或是使用熱敏電阻或RTD等溫度感測元件; 建置一個障礙感測器和燃油感測器。由於這些功能整合到MCU，因此不需要外部放大器或比較器。

另外，點火子系統中的MCU還能直接驅動喇叭、煞車燈/頭燈、方向燈等組件使用的繼電器，還能直接驅動液晶螢幕，以顯示溫度讀數、電池狀態、行車速度、距離、以及錯誤/警告訊息。PSoC運作電壓為1.71至5.5伏特，可輕易連結外部週邊元件，以支援其他應用。

在使用可充式鉛酸/鋰電池作為電源時，PSoC這類微控制器會利用內建降壓器來調降輸入電壓，最低能支援1.71伏的工作電壓，藉由超低功耗的運作模式來達到更長的電池續航力。

運用PSoC Creator IDE 工具，顧客可在單一開發環境中設計所有介面與邏輯功能。PSoC Creator提供一個現成的元件模塊庫，為馬達驅動應用設計像是PWM、CLK、MUX以及比較器等元件。其他元件還包括直接驅動式字符與數字/字母LCD、操作CAN協定介面、即時量測用的RTC元件以及內部系統時脈（不需外部時脈/震盪器電路）。

顧客還能善加運用整個工具產業體系的資源，包括整合編譯器工具鏈、即時作業系統解決方案、以及眾多產品程式編寫。透過PSoC Creator，可運用階層式圖表設計技術，開發與分享各種由使用者自行定義的客制化週邊元件。也可以自動執行特定元件的布局與繞線，並整合簡單的黏裝電路（通常位於分立的多工器內）。

點火控制系統中的過流保護，用來關閉負責驅動PWM的馬達，藉以停止馬達運轉。PSoC擁有透過比較器觸發PWM Kill訊號的功能，在偵測到過流狀況時，能快速且可靠地終止馬達驅動。這個模塊的輸入是來自匯流排電流，而截止參考值，是馬達耗用電流的最大值。匯流排電流輸入會傳送給比較器，然後再由DAC調整與設定截止參考值。若匯流排電流低於參考門檻，比較器的輸出就會設定在高位，並輸出連結到PWM “KILL”訊號的輸入。當這個 “KILL”輸入處於高位時，PWM輸出就會關閉，以防止馬達損毀。運用PSoC Creator建置這個完整模塊，點火控制系統的設計師不必撰寫任何額外的韌體。

無感馬達控制

無感馬達控制系統不需要霍爾感測器，它採用反電動勢通過正零交越點的偵測技巧來控制馬達轉動。當馬達轉動時，每個線圈都會產生一個電壓，稱為反電動勢(Back EMF)，和供應至線圈的主電壓方向相反。反電動勢的極向和用來對線圈激磁的電壓方向相反，和馬達速度成正比。

圖二 : PSoC型無感馬達控制

在圖中，來自三個相位的反電動勢訊號終止後，DC匯流排擴大並連結到微控制器。MCU利用MUX將終止的輸入訊號切換到比較器，然後和DC匯流排電壓進行比較。串接的數位邏輯濾波器處理PWM訊號，以取得真正的零點交越訊號。微控制器根據此來決定通訊的動作。

最佳的電流控制運用在PWM輸出控制上，用來調整馬達電流。內迴路以比較器為基礎; 回饋匯流排電流會和12位元DAC提供的參考電流值做比較。改變DAC輸出，即可修改輸出電流值。

有感 (HALL 效應) 馬達控制

有感型無刷馬達控制採用霍爾感測器輸入，以偵測轉子位置並控制馬達的轉動。並且把霍爾感測器的輸入提供給微控制器，屬於封閉回路系統。

設計挑戰

高效能整合式微控制器內含較高MIPS 的CPU核心、快速的ADC(>= 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，用來執行像是高效能類比量測、CAN介面的運作、驅動三相馬達控制、LCD驅動、低功耗作業、RTC、以及連結各種外部通訊協定。

要驅動三相車用馬達，須用到具備低導通電阻與低閘極電容的電源MOSFET。 對於機板設計人員而言，面臨的挑戰是設計內含高功耗MOSFET驅動電路的機板，以及應付電池輸入在機板產生的高電流。

由於這種系統含有電機元件，因此對於系統設計人員而言，面臨的挑戰是針對電動輔助轉向系統中的點火控制，設計微型化、低成本的電機解決方案，並根據EMI/EMC標準來驗證這種電機設計。

汽車應用需要失效偵測與回復機制。對於車用電動輔助轉向系統中的點火控制而言，其電源供應器的設計須具備電池保護、過流、過熱以及應付啟動失敗狀況等功能。

理想的作法是選用含有OTP功能的微控制器，以防止韌體被競爭對手或駭客進行逆向工程。

系統限制

PSoC 微控制器亦支援CapSense技術，運用CapSense型鍵盤來取代機械式按鈕來減少因機械式按鈕導致的故障，提供更高的產品可靠度。

在前端面板上建置觸控螢幕設計來取代LCD螢幕與鍵盤，能在汽車環境中提供更好的使用者介面與彈性，

讓汽車能透過UART或USB等介面控制iPod/iPhone裝置，在車內為這些裝置充電。

而最大的限制是，因為故障分析與返回的材料，機板上內部與外部介面的數量增加，入侵者有更多的途徑來攻擊系統。

車用電動輔助轉向系統中的點火控制，目前大都採用微控制器搭配ASIC解決方案。PSoC則是結合了微控制器與ASIC。運用PSoC元件的點火控制能協助汽車產業降低整個產品的成本(藉由減少物料清單成本)與專案成本(在PSoC Creator進行建置)。

---本文由賽普拉斯半導體提供---