鑒于在性能、成本、功耗、尺寸、新功能和效率等方面宏大的提升目標，未來嵌入式系統的設計面臨著復雜的挑戰。不過，一種有望解決這些復雜問題的設計選項已開始嶄露頭角——即模擬元件與ARM微控制器內核的智能集成。這種方案與傳統模擬集成的區別在于，新方案具有超高的性能，還經過了多種優化，以解決具體的系統級問題。雖然每個市場對這些提升領域的優選次序都有著自己的認識，但同時滿足多個因素的要求實為眾望所歸，可以通過集成多個分立式元件來實現。從邏輯上講，組合多個器件可以實現這些嵌入式系統目標中的一大部分，但只是簡單地把多個分立式元件與一枚處理器集成到一個封裝之中，這并非答案所在；解決方案要復雜得多，需要智能集成。

模擬與數字的智能集成

高性能模擬元件（放大器、ADC、DAC、基準電壓源、溫度傳感器、無線收發器等）與ARM 32位處理器內核的智能集成，再加上正確的數字外設，這種方式可以實現分立式解決方案無法望塵莫及的目標。為了構造出最佳混合信號控制處理器，不但需要對整個系統有著深入的了解，需要知曉是否有正確的知識產權（IP）可用，同時還具備有關該知識產權的專業知識。毫無疑問，負責為這些集成器件制定功能要求的芯片設計師和系統工程師必須對最終應用需求有著充分的了解。這種領域知識至關重要，包括對電路板級要求的深入了解，包括尺寸、溫度范圍、制造考慮因素、功耗、成本和信號鏈中的配套元件。圖1所示為智能集成器件中經常用到的模擬和數據IP模塊。

圖1.智能集成：針對目標應用而優化的模數組合式IP

有正確的知識產權可用，這是實現系統級目標的有力起點。這個起點是縮短混合信號控制處理器開發周期的必要條件。越來越多地，適用于具體應用的知識產權本身的獲取/形成和實施需要由半導體制造商來協調。在此基礎上，還需要對這些知識產權進行調整以滿足兩點具體要求。第

一點是基于主要目標應用的需求優化性能和運行，由此實現系統級效益的最大化。第二點是優化知識產權，使其與混合信號控制處理器中的其他補充性知識產權模塊良好、方便兼容。

最后，在業務層需要有協調機會，將系統制造商與半導體制造商的專長和知識有機地結合起來，從而實現獨特的優化設計。

混合信號控制處理器應用

有許多應用都可以從集成了高性能模擬和ARM微控制器內核的器件受益，包括溫度檢測、壓力檢測、氣體檢測、太陽能逆變器、電機控制、醫療生命體征監護、汽車監控系統以及水表/電表/

氣表。本文將考察兩個具體的應用領域，其中，優化高性能模擬與ARM微控制器內核的集成可

在成本、功耗、尺寸和性能四個方面帶來極大的優勢：

1.太陽能光伏（PV）系統專用逆變器，其目標是提高效率，降低物料（BOM）成本，集成智能以支持與智能電網的連接。

2.電機控制，其目標是提高效率以促進環保事業，以及降低成本。請注意，盡管這些智能集成混合信號器件是針對具體的最終應用而優化的，但它們也可以很好地用于功能要求類似于主要目標應用的關聯應用。

太陽能光伏逆變器：降低成本以擴大應用范圍，集成智能以支持智能電網

在過去5年中，盡管太陽能光伏發電系統的年增長率超過50%，但其在全球電力總裝機量中所占比重仍然很小。盡管在某些地區，太陽能光伏發電已實現與化石燃料發電的平價，但在多數地區，這一目標尚未實現，而這種平價又多取決于政府補貼。

為了提高與傳統能源（如天然氣、煤、石油）的競爭優勢，太陽能光伏發電降低成本的最佳方式是既提高效率，又降低系統BOM成本。一方面，太陽能面板的成本和效率朝著正確的方向發展，另一方面，新技術也為太陽能光伏逆變器的進步提供了保障——這是太陽能面板發電與電網之間

的接口。這些新技術包括NPC 3級/5級/多級、高頻開關拓撲結構，采用基于碳化硅（SiC）和亞硝酸鎵（GaN）材料的快速功率晶體管。

圖2所示為一種二級太陽能光伏逆變器系統。來自面板的電能，本質上為直流源，被轉換成交流電，以饋入電網。第一級為DC-DC轉換，將電平升高，以使其兼容電網峰值電壓。第二級為DC-AC

轉換。紅線所標區域所示為低電壓控制元件，當與單混合信號控制處理器相結合時，可產生系統級效益。通過將多個元件集成到單個器件之中，通過提高新高速開關拓撲結構的效率，由此實現節省成本的目標。結果降低了單位kW的裝機成本。由于可以使用較小電感，因此還可以通過新型拓撲結構來節省成本。這既有利于節省BOM成本，同時還可減小逆變器的尺寸。

圖2.二級太陽能光伏逆變器系統功能框圖；紅色區域所示為智能集成模塊