飛思卡爾Kinetis E系列——超強抗干擾MCU，專為工業精心打造

飛思卡爾半導體公司

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具有強大的抗電磁干擾性和優越的性能，而且完全是在中國設計、測試，面向中國市場打造的一個全新MCU系列。眾所周知，Kinetis系列是飛思卡爾基于ARM Cortex－M系列的MCU產品。此前，飛思卡爾已推出了兩個通用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＋處理器架構的5VMCU，其特點是抗干擾性強，適合在非常惡劣的電磁環境下工作。

圖1 Kinetis ARM Cortex MCU系列（通用）

飛思卡爾為何能率先推出抗強噪聲環境的E系列MCU？這源于飛思卡爾過去幾十年的MCU經驗積累，諸如成功的S08產品架構和抗干擾know－how（訣竅），并基于低功耗的ARM Cortex－M0＋設計了這款產品。

E系列是如何推出的？實際上，這款產品是飛思卡爾的蘇州設計中心設計的，在天津進行測試的，完全在中國進行，并服務于中國等市場的馬達控制、功率轉換、存儲等對ESD／EFT要求高的場合。

工業級、易于使用

現在市場上有很多32位MCU供應商，但是很多MCU并沒有在性能上進一步提升。實際上，馬達控制、電源轉換市場等對MCU性能的要求非常高，需要MCU在非常惡劣的環境或噪音環境下長時間工作。

飛思卡爾擁有大規模的ESD／EFT（靜電放電／電快速瞬變脈沖群）抗干擾實驗室，設在中國天津。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標準。

現有的8位和16位MCU已不適應處理器對軟件堆棧和協議的要求。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，工業客戶相對比較保守，不像消費類客戶的變化非常快。但工業客戶現在也面臨著極大的挑戰，因此變得很糾結，一方面不愿意接受新的技術，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級的產品，又容易使用。

KE02適合高效和嚴苛環境

KE02是E系列的首款產品。E系列目前計劃投放五款產品。今年年底之前還會有兩款產品投放市場，明年下半年將繼續投放兩款。新產品將在混合信號或高壓等方面增強性能。E系列的特點如下：

①性能強大：5V運行電壓和I／O等級使這些MCU在因為系統生成的噪音和EMI（電磁干擾）而出現信號中斷時更加可靠。

②功能強大：E系列采用Cortex－M0＋處理器構建，憑借優于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現更高性能；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大表現。

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

中國設計、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。因為E系列創造了一系列記錄——只用了極短的時間就完成了設計到最后測試，并且設計堪稱精致完美。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沒用的地方越小。另外，一版就流片成功。“這證明了中國設計師已經是世界級的設計師，他們的勤奮、對細節的關注和技術水平，與全球的設計師相比不差，甚至更好。”飛思卡爾高級副總裁兼微控制器部門總經理Geoff Lees說。

目前飛思卡爾微控制器部在中國擁有強大的工程團隊，并在上海、蘇州和天津等地設有IC設計中心。

中國應用——電機控制和電源轉換

Kinetis E系列適合多種工業應用，其中目標市場之一是電機控制和電源轉換。

（1）電機控制

在現代電機應用領域，對于電機控制的要求已不僅僅停留在滿足節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的震動噪音，提供舒適、智能的控制等。而電磁干擾是擺在電機控制中的一大挑戰。一方面，要在自己的電路設計上盡量減少電磁干擾的產生；另一方面，在所處的電磁環境中能正常工作。

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境下工作。飛思卡爾對Kinetis E做了一個微波爐測試。眾所周知，微波爐能產生較強的電磁波。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。測試結果顯示滿足各項指標。例如滿足電路板級IEC 61000－4－4（EFT）指標：±4.4kV；IEC 61000－4－2（PESD）指標：間接接觸放電±20kV。中國家電本地AC電源繼電器測試：6次開啟無復位。E系列適用于眾多電機及應用，例如交流感應電機（ACIM）、無刷直流電機（BLDC）、步進電機、永磁電機（PMSM）、通用電機、開關磁阻電機、交流電機、直流電機、泵、風機、壓縮機、轉子、執行器和伺服電機等。飛思卡爾擁有成套的電機控制處理器的產品、強大的開發工具和諸多專家，支持面向大量應用的經濟高效且節能的電機控制。

（2）電源轉換

市場因素正在推動智能電源的發展，包括電源的外部控制和生產中的軟件配置。實現上述目標的方法之一就是在電源轉換回路中采用數字反饋控制。電源設計人員已經在智能電源中采用了MCU來實現通信、監視、控制和諸如上電時序、軟啟動和拓撲控制等確定性功能。然而，電源本身又是產生干擾的重災區，就是在不久前，由于沒有合適的抗干擾效率的技術，對電源轉換回路進行完全的數字控制仍是難題。包含抗干擾的MCU的出現才使得完全的數字控制成為可能，而Kinetis E系列是一種合適之選。

Kinetis E系列產品可在復雜電氣噪聲環境和要求高可靠性的應用中保持高穩定性，而且有豐富的內存、外設和產品包可供選擇。它們具有通用的外設和引腳數量，使開發人員能夠輕松實現相同MCU系列內或多個MCU系列間的遷移，以利用更多存儲器或特性集成。這種可擴展性使開發人員能夠在Kinetis E系列上實現其終端產品平臺的標準化，最大程度地提高硬件和軟件的再利用，并縮短產品上市所需的時間。

關于易絡盟－飛思卡爾MCU設計大賽

2014易絡盟－飛思卡爾MCU設計大賽于2013年10月15日至2014年4月15日進行。大賽邀請嵌入式設計工程師基于飛思卡爾Kinetis MCU系列進行創新設計。有關大賽詳情和注冊信息，可瀏覽：http：／／www.eeboard.com／freescale／。