行业新动向，中国芯势力！由芯师爷主办的第三届硬核中国芯领袖峰会暨2021汽车芯片技术创新与应用论坛于近日成功举办。上海泰矽微电子有限公司资深市场总监朱建儒在线分享了《TCAE31A车规级双模人机交互单芯片方案》。2019年，上海泰矽微电子有限公司（以下简称“泰矽微”）成立于上海张江，专注于物联网应用相关的各类高性能专用SoC芯片研发，已获得包括上海浦东国资在内的多个知名投资机构的大力扶持与投资，致力于发展成为平台型芯片企业。该公司聚集了一批顶尖的半导体专家，平均15年以上的工作经验，大部分来自于Atmel、Marvell、TI、海思等知名芯片企业的核心开发人员。
上海泰矽微电子有限公司资深市场总监朱建儒
视频来源：芯师爷专用MCU迎来发展“黄金期”
汽车电子应用占据整个MCU市场超过30%的份额，汽车电动化、智能化和网联化的兴起，对MCU的需求迅猛增长。据IC Insights预测，车用MCU销售额在2021年预计为76 亿美元，预计2025 年达约120亿美元。我国是全球第一大汽车产销国，也拥有全球最大的车用MCU市场。据前瞻产业研究院数据，中国汽车电子MCU 市场将从2021 年的43亿元增长到2026 年的56亿元。
（图源：前瞻经济学人）
从全球车载MCU市场来看，现阶段主要由恩智浦、瑞萨电子、英飞凌、德州仪器、微芯科技等占领，市场占有率约为85%。国产车载MCU起步晚，涉及该域领业务公司较少，在专用MCU 领域涉及的厂家更少, 未来国产替代潜力巨大。 朱建儒表示，泰矽微紧跟客户端需求，结合团队MCU 和模拟设计技术能力，在专用MCU 领域发展差异化竞争优势。简而言之，专用MCU芯片通过将MCU和外围的信号检测、传感器激励源、信号调理、执行单元、电源管理、通讯接口等进行整合可以减少元件数量、减小体积、降低BOM 成本、提高系统可靠性，并且通过简化设计缩短开发和上市时间。目前，泰矽微已经完成第一阶段成果：信号链MCU，把传感器的模拟前端、数模转换、电容传感器、压力传感器、电源管理以及光电接口做集成，开发出单芯片方案，可以用于血氧仪等产品。后续计划，泰矽微将集成更多的外围电路如传感器激励源、执行单元，以及电源管理等。泰矽微聚焦于医疗健康、智慧家电、智能消费电子、传感、能源管理、汽车电子等专用MCU垂直产品方向。产品包括计量MCU系列、信号链MCU系列、人机交互MCU系列、压力触控MCU系列、电容触控MCU系列、电池管理MCU系列、电源管理MCU系列、无线充电MCU系列、无线通信MCU系列等。“三合一”芯片TCAE31
朱建儒首先讲解了压力感应的原理，压力感应包括三种类型：压阻式：压力引起电阻形变进而导致电阻变化电容式：两极板距离变化引起极板间电容变化电感式：线圈靠近金属板引起电感改变
（图源：泰矽微）其中，电容触摸感应原理，是在触摸状态时触摸检测盘对地电容增加，芯片检测出电容的变化量配合合适的算法来判断是否有触摸状态发生。泰矽微的TCAE31是一款“三合一”芯片，包括2通道压感检测、10通道独立电容触摸开关和电容通道支持滑条或滑轮功能。典型的汽车应用场景有空调控制板机械按键替代、方向盘按键替代、无钥匙进入门把手、天窗和阅读灯开关替代等。TCAE31产品特性：
Arm® Cortex®-M0 内核，主频最高32MHz
存储器：
64KB Flash
4KB SRAM
内部时钟：RC16M，32KHz，二倍频器
16位RTC
1个I2C，最高400Kbit/s，支持睡眠唤醒功能
2个UART
DMA
模拟前端支持22 bit 分辨率的宽动态信号采集
带有Offset电压补偿电路，最大补偿范围±400mV
低噪声外部传感器供电输出
TinyTouch®触摸检测模块，最多支持10路电容触控通道
片上温度传感器
Tinywork®外设联动机制和多种低功耗模式支持
封装 QFN28, 4mmX4mmX0.75mm
AEC-Q100 Grade 2 (-40 ˚C to 105 ˚C)
（图源：泰矽微）具体来说，TCAE31这款双模SOC，是业内首颗单芯片可以支持两路电桥式压感和最多10路电容触摸的双模SOC 芯片，如需更多路压力传感可以采用外部低成本的多路选择开关进行扩展，并且可以通过多电容传感的设计实现滑条或滑轮的功能。这颗芯片内部含ADC- 模拟信号采集和处理单元，支持两对差分或两路单端信号测量；两级PGA，最大1024X增益；可以实现22 bit 宽动态范围高分辨率信号的测量；两级输入失调Offset补偿：粗调和细调；支持Tinywork®机制低功耗模式，RTC触发转换 ；插入Dummy转换；转换结果支持多种数据格式，且可自动平均；支持FIFO、DMA直接读取；具备成熟的压感检测算法。
（图源：泰矽微）朱建儒还通过压力感应电阻桥的工作原理（如上图），分析了TCAE31的优势特点。压力电阻受到不同的力，其阻值表现出不同的变化方向。如果受到的是压缩力，其电阻值会变小；如果受到的是拉伸力，其电阻值会变大。压力传感器是由4个压力电阻组成的惠斯通电桥。这种结构设计的传感器受到微小的压力也能产生变化较大的电压差。如上图所示，R1、R4为一个正平面，R2、R3在一个负平面，正常情况下，正平面受到压力，使R1,R4处于压缩状态，电阻值变小，R2,R3为拉伸状态，电阻值变大，会产生正向电压（Vp>Vn），否则产生负电压。对于压力电阻检测精度影响主要来自两方面，其一是传感器供电质量，TCAE31内部提供高质量电源给传感器来避免这一影响。另一方面是温度的影响，电阻值随温度变化，如果桥臂上的电阻在不同温度区域，电阻值温度变化不同，带来测量误差。对此，TCAE31通过软件算法补偿电阻桥受温度影响的误差。同时，泰矽微还研发了TinyTouch®电容触摸检测技术，支持自容电容传感器；两种电容触摸检测模式；双频检测，可有效避开干扰频率；可通过调整触摸管脚的外接电容来调整灵敏度；支持多路并行检测；可在最低功耗模式下运行；支持FIFO、DMA；有成熟的电容触控算法。演讲中，朱建儒分享了几项典型的解决方案。在中控应用场景中，该方案将PCB压感模组贴合于汽车中控台面板的背面，配合Tinychip人机交互芯片，可有效检测用户不同力度的按压操作。另外，方案还配以线性马达的震动反馈，让用户拥有真实的按键按压体验。这项方案具有一体式中控台设计、可湿手或戴手套操作、延续用户按压使用习惯等优势，还可防误触，弥补电容屏存在的不足。
（图源：泰矽微）再比如座椅舒适、调节系统方案将压感模组贴合于座椅下方和背部，配合Tinychip人机交互芯片，以确保座椅适应驾驶员和前排座椅乘客的解剖结构和个人要求，提升驾驶舒适度缓解驾驶疲劳的同时，可进行占位感知，提高驾驶安全。写在最后
泰矽微的全系列产品具有单芯片/小封装、高可靠性/高灵敏度、低功耗、完整解决方案等优势。不仅如此，泰矽微为用户提供全方位的用于评估、测试、生产的软硬件平台，涵盖芯片评估、垂直方案、生产以及仿真调试下载工具等，致力为客户提供一站式服务。- END -
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