物理按键走向消亡？国产触控MCU加速汽车智能化发展

电子发烧友网报道（文/李诚）“后疫情”时代，汽车市场迎来复苏，智能化演进加速。随着人们审美的提升和科技的进步，越来越多的设备开始抛弃传统的实体按键，取而代之的是更具科技感的虚拟触控按键，尤其是新能源汽车，虚拟触控按键似乎已成为了入门的标配，并成为了一种主流的发展趋势。
 
在汽车智能化、按键虚拟化的发展进程中，MCU扮演着不可或缺的角色，MCU 能够通过软件控制来取代复杂的电子线路控制系统，实现智能化以及轻量化控制。
 
如今车用MCU也乘着新能源的东风，迎来了发展的黄金时期，据不完全统计，在全球MCU市场中，有近1/3的市场份额被汽车应用所占据，随着汽车智能化的加速发展，这一比值也会随之提高，车用MCU市场上升空间巨大。
 
中国拥有着全球最大的电动汽车生产市场和消费市场，不少国内企业凭借着国内巨大的汽车市场优势，纷纷加入车用MCU的研发队列中，加速国产化替代的发展。
 
泰矽微：增强人机交互的触控、压力MCU
 
车用MCU市场的持续升温，被主攻MCU市场的泰矽微一直看在眼里。泰矽微在MCU领域有着丰富的设计经验以及人才储备，致力于打造高端MCU芯片，填补国内高端MCU芯片的空白。车用赛道的大热吸引了泰矽微的入局，泰矽微结合了MCU团队 和模拟设计技术能力，发布了首款车规级触控、压力MCU TCAE31，用作于传统物理按键的替代方案，助力汽车智能化的发展。
 

图源：泰矽微

 
泰矽微的首款车规级MCU是一款“三合一”的多功能型MCU，芯片内部集成了2个压感检测通道、10个独立的电容式触控开关通道，同时电容通道还支持滑条或滑轮拓展的功能，进而实现物理按键的虚拟化。
 

按键虚拟化功能实现的电路拓扑 图源：泰矽微

 
一般情况下，虚拟触控主要分为压阻式、电容式、电感式三种实现形式，在本解决方案中，采用的是电容触控感应原理，具体实现形式如上图所示。在正常工作状态下，MCU电容检测模块会产生一个激励源对外部充放电进行检测。当检测到寄生电容、触摸盘对地电容、大地回路电容等效时，会自动识别为非触摸状态。当人体接触到电容触摸盘时，触摸盘对地的电容会值发生变化，MCU电容触摸模块通过检测电容的变化，可以判断是否有触摸动作的发生。
 

 

图源：泰矽微

 
压力检测通道可以与压力传感器配合，实现压力检测的功能，该功能多用于舱内新增成员检测、座椅舒适调节等。由于该MCU只配备了两个压感检测通道，如有等多路的压感检测需求，可采用外部多路选择开关进行拓展，以此满足低成本的多路拓展需求。
 
由于压感检测是通过压阻检测的方式实现的，而电阻在实际工作中会受环境温度以及供电电源的影响，发生阻值的变化，影响最终压感检测的精度。为解决这一问题，泰矽微在这款MCU中加入了压力传感算法，降低其他外界因素对测量精度产生影响和误差。
 
在MCU性能参数方面，采用的是32位的Cortex®-M0内核，峰值频率为32MHz，内部存储器包括64KB Flash和4KB SRAM。MCU内部还集成了用于模拟信号采集和处理的ADC单元，支持22 bit宽动态范围高分辨率的两对差分或两路单端信号检测。
 
在系统功耗方面，该MCU 采用了泰矽微的Tinywork低功耗传感专利技术，该技术的引进使得即使外设传感器处于休眠状态，在无需处理器内核的干预下也能完成独立工作的相互协同，以至于该MCU在待机状态下待机电流仅为3uA，即使在工作状态下，工作电流也只有18.7uA。
 
芯旺微车规级Touch Key MCU
 
谈到车规级MCU，芯旺微在这一领域的地位不言而喻。芯旺微在车规级MCU领域已有十多年的经验技术积累，截至目前已经推出了50余款满足车规级应用的MCU产品，均采用芯旺微自研的KungFu内核，致力于为用户提供差异化的解决方案。芯旺微的车规级MCU具有功耗低、可靠性高、稳定性强等特点，现已被众多整车厂商采纳和认可，累计装车量已达数千万颗。
 
在汽车智能化的发展浪潮中，打造更友好的人机交互也成为了影响市场的关键因素之一，为顺应市场发展的潮流，芯旺微推出了车规级的Touch Key型MCU，例如KF32A141、 KF32A151等车规级产品。
 

 

图源：芯旺微

 
上图为一款可适用于虚拟触控应用的车规级MCU KF32A151，该MCU采用了来自芯旺微自研的32位KungFu内核架构，在如今国际贸易的背景下，国产自研架构的优势尤为突出，在一定程度上有效地规避了被禁用的风险，同时自研内核架构的引入还实现了MCU在工作状态下性能与功耗的平衡。
 
KF32A151在KungFu32内核的加持下最高主频可达到120Mhz，支持32位单周期乘法，32位硬件除法等功能。在存储方面，FLASH最高可达512KB，自带ECC校验功能，可承受100000次的写入操作。在外设资源方面，芯旺微采用了数字电路与模拟电路混合的方式，将12位的高速ADC/DAC和CAN2.0、USART以及LCD驱动、Touch Key模块等模拟外设集成在同一芯片中，通过丰富的外设资源，进而满足汽车智能化的控制需求，加速KungFu生态汽车电子应用的落地。
 
结语
 
汽车智能化的时代已经到来，国产MCU也乘汽车智能化的东风加速市场的渗透，并且向不同的细分领域深入发展。随着消费者对科技感的需求愈发强烈，触控技术也开始在汽车领域渗透，传统的物理按键正逐渐被虚拟触控按键所取代，在这场人机交互的变革中，专用的触控MCU扮演着不可或缺的角色。