飛思卡爾Kinetis E系列——超強(qiáng)抗干擾MCU，專為工業(yè)精心打造

飛思卡爾半導(dǎo)體公司

5 VARM Cortex－M0＋MCU

不久前，飛思卡爾推出了Kinetis E系列MCU（微控制器）。該MCU具有強(qiáng)大的抗電磁干擾性和優(yōu)越的性能，而且完全是在中國設(shè)計(jì)、測試，面向中國市場打造的一個(gè)全新MCU系列。眾所周知，Kinetis系列是飛思卡爾基于ARM Cortex－M系列的MCU產(chǎn)品。此前，飛思卡爾已推出了兩個(gè)通用MCU系列（如圖1所示）：基于Cortex－M4的Kinetis K系列和基于Cortex－M0＋的低功耗Kinetis L系列。Kinetis E系列是一款基于Cortex－M0＋處理器架構(gòu)的5VMCU，其特點(diǎn)是抗干擾性強(qiáng)，適合在非常惡劣的電磁環(huán)境下工作。

圖1 Kinetis ARM Cortex MCU系列（通用）

飛思卡爾為何能率先推出抗強(qiáng)噪聲環(huán)境的E系列MCU？這源于飛思卡爾過去幾十年的MCU經(jīng)驗(yàn)積累，諸如成功的S08產(chǎn)品架構(gòu)和抗干擾know－h(huán)ow（訣竅），并基于低功耗的ARM Cortex－M0＋設(shè)計(jì)了這款產(chǎn)品。

E系列是如何推出的？實(shí)際上，這款產(chǎn)品是飛思卡爾的蘇州設(shè)計(jì)中心設(shè)計(jì)的，在天津進(jìn)行測試的，完全在中國進(jìn)行，并服務(wù)于中國等市場的馬達(dá)控制、功率轉(zhuǎn)換、存儲等對ESD／EFT要求高的場合。

工業(yè)級、易于使用

現(xiàn)在市場上有很多32位MCU供應(yīng)商，但是很多MCU并沒有在性能上進(jìn)一步提升。實(shí)際上，馬達(dá)控制、電源轉(zhuǎn)換市場等對MCU性能的要求非常高，需要MCU在非常惡劣的環(huán)境或噪音環(huán)境下長時(shí)間工作。

飛思卡爾擁有大規(guī)模的ESD／EFT（靜電放電／電快速瞬變脈沖群）抗干擾實(shí)驗(yàn)室，設(shè)在中國天津。在蘇州和天津兩地員工的配合下，Kinetis E系列有很多特殊性能來保證可靠性和安全性，符合IEC 61000－4－2和61000－4－4標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)有的8位和16位MCU已不適應(yīng)處理器對軟件堆棧和協(xié)議的要求。因此，從8／16位到32位MCU的遷移正在興起，使用32位MCU可以大幅提高性能。

再有，工業(yè)客戶相對比較保守，不像消費(fèi)類客戶的變化非?？臁５I(yè)客戶現(xiàn)在也面臨著極大的挑戰(zhàn)，因此變得很糾結(jié)，一方面不愿意接受新的技術(shù)，另一方面最終用戶對他們的要求越來越多。而Kinetis E系列既保證了是工業(yè)級的產(chǎn)品，又容易使用。

KE02適合高效和嚴(yán)苛環(huán)境

KE02是E系列的首款產(chǎn)品。E系列目前計(jì)劃投放五款產(chǎn)品。今年年底之前還會(huì)有兩款產(chǎn)品投放市場，明年下半年將繼續(xù)投放兩款。新產(chǎn)品將在混合信號或高壓等方面增強(qiáng)性能。E系列的特點(diǎn)如下：

①性能強(qiáng)大：5V運(yùn)行電壓和I／O等級使這些MCU在因?yàn)橄到y(tǒng)生成的噪音和EMI（電磁干擾）而出現(xiàn)信號中斷時(shí)更加可靠。

②功能強(qiáng)大：E系列采用Cortex－M0＋處理器構(gòu)建，憑借優(yōu)于8位和16位MCU的代碼密度交付3倍的Core－Mark／MHz；單指令位操作引擎分流處理器以實(shí)現(xiàn)更高性能；快速、單周期GPIO可用于模擬專用通信接口。

③（電磁兼容）方面，EFT、PESD和AC電源繼電器測試中具有強(qiáng)大表現(xiàn)。

④開發(fā)非常簡單。飛思卡爾Freedom是低成本的12美元的開發(fā)工具，同時(shí)飛思卡爾也支持第三方的開發(fā)工具。飛思卡爾的平臺是開源的，也歡迎所有中國開發(fā)工具廠商支持。

中國設(shè)計(jì)、中國測試

圖2 KE02系列和上市情況

E系列的推出，不僅是飛思卡爾的自豪，也是中國工程師才華的見證。因?yàn)镋系列創(chuàng)造了一系列記錄——只用了極短的時(shí)間就完成了設(shè)計(jì)到最后測試，并且設(shè)計(jì)堪稱精致完美。例如：E系列擁有85%的芯片利用率。利用率越高表示布局和布線時(shí)沒用的地方越小。另外，一版就流片成功?！斑@證明了中國設(shè)計(jì)師已經(jīng)是世界級的設(shè)計(jì)師，他們的勤奮、對細(xì)節(jié)的關(guān)注和技術(shù)水平，與全球的設(shè)計(jì)師相比不差，甚至更好。”飛思卡爾高級副總裁兼微控制器部門總經(jīng)理Geoff Lees說。

目前飛思卡爾微控制器部在中國擁有強(qiáng)大的工程團(tuán)隊(duì)，并在上海、蘇州和天津等地設(shè)有IC設(shè)計(jì)中心。

中國應(yīng)用——電機(jī)控制和電源轉(zhuǎn)換

Kinetis E系列適合多種工業(yè)應(yīng)用，其中目標(biāo)市場之一是電機(jī)控制和電源轉(zhuǎn)換。

（1）電機(jī)控制

在現(xiàn)代電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，對于電機(jī)控制的要求已不僅僅停留在滿足節(jié)能要求的通用變頻器及速度控制，而越來越需要精確的位置控制和電流等控制，這可以大大減少電機(jī)的震動(dòng)噪音，提供舒適、智能的控制等。而電磁干擾是擺在電機(jī)控制中的一大挑戰(zhàn)。一方面，要在自己的電路設(shè)計(jì)上盡量減少電磁干擾的產(chǎn)生；另一方面，在所處的電磁環(huán)境中能正常工作。

圖3 Kinetis E系列的微波爐測試

Kinetis E系列適合在惡劣的電磁環(huán)境下工作。飛思卡爾對Kinetis E做了一個(gè)微波爐測試。眾所周知，微波爐能產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁波。作為微波爐控制器電路板，將KE02做主控MCU，電路板和系統(tǒng)級測試基于IEC 61000－4－4（EFT）、IEC 61000－4－2（PESD）和中國家電本地AC電源繼電器測試。測試結(jié)果顯示滿足各項(xiàng)指標(biāo)。例如滿足電路板級IEC 61000－4－4（EFT）指標(biāo)：±4.4kV；IEC 61000－4－2（PESD）指標(biāo)：間接接觸放電±20kV。中國家電本地AC電源繼電器測試：6次開啟無復(fù)位。E系列適用于眾多電機(jī)及應(yīng)用，例如交流感應(yīng)電機(jī)（ACIM）、無刷直流電機(jī)（BLDC）、步進(jìn)電機(jī)、永磁電機(jī)（PMSM）、通用電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、交流電機(jī)、直流電機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、轉(zhuǎn)子、執(zhí)行器和伺服電機(jī)等。飛思卡爾擁有成套的電機(jī)控制處理器的產(chǎn)品、強(qiáng)大的開發(fā)工具和諸多專家，支持面向大量應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)高效且節(jié)能的電機(jī)控制。

（2）電源轉(zhuǎn)換

市場因素正在推動(dòng)智能電源的發(fā)展，包括電源的外部控制和生產(chǎn)中的軟件配置。實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的方法之一就是在電源轉(zhuǎn)換回路中采用數(shù)字反饋控制。電源設(shè)計(jì)人員已經(jīng)在智能電源中采用了MCU來實(shí)現(xiàn)通信、監(jiān)視、控制和諸如上電時(shí)序、軟啟動(dòng)和拓?fù)淇刂频却_定性功能。然而，電源本身又是產(chǎn)生干擾的重災(zāi)區(qū)，就是在不久前，由于沒有合適的抗干擾效率的技術(shù)，對電源轉(zhuǎn)換回路進(jìn)行完全的數(shù)字控制仍是難題。包含抗干擾的MCU的出現(xiàn)才使得完全的數(shù)字控制成為可能，而Kinetis E系列是一種合適之選。

Kinetis E系列產(chǎn)品可在復(fù)雜電氣噪聲環(huán)境和要求高可靠性的應(yīng)用中保持高穩(wěn)定性，而且有豐富的內(nèi)存、外設(shè)和產(chǎn)品包可供選擇。它們具有通用的外設(shè)和引腳數(shù)量，使開發(fā)人員能夠輕松實(shí)現(xiàn)相同MCU系列內(nèi)或多個(gè)MCU系列間的遷移，以利用更多存儲器或特性集成。這種可擴(kuò)展性使開發(fā)人員能夠在Kinetis E系列上實(shí)現(xiàn)其終端產(chǎn)品平臺的標(biāo)準(zhǔn)化，最大程度地提高硬件和軟件的再利用，并縮短產(chǎn)品上市所需的時(shí)間。

關(guān)于易絡(luò)盟－飛思卡爾MCU設(shè)計(jì)大賽

2014易絡(luò)盟－飛思卡爾MCU設(shè)計(jì)大賽于2013年10月15日至2014年4月15日進(jìn)行。大賽邀請嵌入式設(shè)計(jì)工程師基于飛思卡爾Kinetis MCU系列進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。有關(guān)大賽詳情和注冊信息，可瀏覽：http：／／www.eeboard.com／freescale／。