FPGA 驗證結果

整體車用電子的測試環境及硬體方塊圖如下圖 21 所示由控制開關、傳輸端(TX)、車用電源線、接收端（RX）、可程式車用功率積體電路、馬達、LED 及直流-直流降壓電路，實際測試環境及硬體架構圖如圖 22 所示。在這邊的可程式車用功率積體電路及接收端（RX）的電路是寫入在 FPGA Spartan 3E 裡面，傳輸端(TX)的電路則是在 FPGA Spartan 3A 裡面，電源線上的電源則是 12V，訊號經由電源線由傳輸端傳送到接收端。為了方便測試電路，原本控制指令為 32 位元，

這邊我們利用控制開關其中的 5 位元配合查表法列出 32 種狀態來測試電路如表 4 所示。

圖21. 車用電子電源線通訊及可程式車用功率積體電路示意圖

實際測試環境及硬體架構圖如圖 22 所示。在這邊的可程式車用功率積體電路及接收端的電路是寫入在 FPGA Spartan 3E 裡面，傳輸端的電路則是在 FPGA Spartan 3A 裡面，電源線上的電源則是 12V，訊號經由電源線由傳輸端傳送到接收端。

圖22. 實際測試環境及硬體架構圖

如下圖 23 所示為直流-直流降壓電路圖，FPGA 所輸出的訊號為 3V 脈波寬度調變經由電壓準位移位器 ICL7667(Level Shifter)升為 12V 來推動 P 型的功率晶體 IRF9Z34N 及 N 型的功率晶體 IRFZ34N，在功率區塊的電感採用的是功率電感 SCD0504 可承受 1A 的電流，直流電阻(DCR)為 180 m 歐姆。輸出電容採用的是 Vishay Sprague 的鉭值電容，輸出電容的等效串聯電容(ESR)大約為 200m 歐姆。經由每一週期充放電輸出電壓經由衰減器和一單位增益緩衝器 AD711 到類比數位轉換器 ADC0820CCN，最後類比數位轉換器輸出再接回 FPGA 的輸入。下圖 24(a)為直流-直流降壓電路的硬體部分，圖 24(b)為馬達及 LED 的硬體。

圖23. 直流-直流降壓印刷電路板子元件佈局圖

圖24. (a)直流-直流降壓印刷電路板子實際圖(b)馬達及 LED 印刷電路板子實際圖

表 4 所示為輸入電壓 12V，輸出電壓在不同的負載下所觀察的性能表現。圖 25 所示為無負載

L

V

out

(t)

Vout(t)

(a)

L

V

out

(t)

Vout(t)

(b)

L

V

out

(t)

Vout(t)

(c)

L

V

out

(t)

Vout(t)

L_X

Vout(t)

(d)

圖26. 負載狀態下輸出(a)1.5V (b)3V (c) 5V (d)9V

如下圖 27 所示為馬達轉速的驗證，我們利用表給控制訊號，馬達操作頻率為 24kHz，由於電壓準位移位器為反向，下圖所測的波形為 FPGA 的輸出訊號還沒經過電壓準位移位器，因此可看到S^2P為低電壓，S^{2 N}為脈波調變。圖 27(a)為轉速 20%， (b)為轉速 50%， (c)為轉速 80%。

圖27. 馬達轉速

圖 28 所示為 LED 亮度時間的調控，這邊設定頻率為 0.75Hz，亮度為 50%，圖 28(a)為亮度時間 20%， (b)為亮度時間 50%， (c)為亮度時間 80%。

圖28. LED 亮度時間的調控

五五

五五、、、、結果與討論結果與討論結果與討論結果與討論

在本計劃中提出了可程式車用功率積體電路，晶片的控制訊號經由電源線傳送共有 32 位元，裡面包含了有晶片位址、清除開關訊號、系統開閉迴路選擇、開關選擇、PN 功率晶體動作、頻率、亮度時間、控制馬達轉速、LED 亮度及降壓電路的控制。由於功率驅動晶片共有 4 組的輸出控制訊號，每一組分別為控制 P 功率晶體及 N 功率晶體。這邊希望每一組的控制訊號皆能控制馬達、LED 及降壓電路，在分別控制馬達、LED 及降壓電路可了解到它們有共通的電路則是數位脈波寬度調變。在此論文採用的則是二階的 Σ∆ 雜訊整形迴路數位脈波寬度調變電路，在前面章節有提到它的許多優點，分別為低功率消耗、可操作在高速、在這邊最主要是能將馬達、LED 及降壓電路結合在一起，節省多餘的面積及功率消耗。

最後使用 FPGA 來驗證整體系統的可行性， Spartan 3A 及 Spartan 3E 來當作車用電子電源線通訊的接收端及傳輸端，電源線則是傳送指令進而達到降壓電路輸出電壓鎖定、控制馬達的轉速控制及 LED 的亮度調控、閃爍頻率及亮度時間的調控。

參考文獻參考文獻參考文獻參考文獻

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國科會國科會國科會

國科會補助補助補助專題研究計畫成果報告自評表補助專題研究計畫成果報告自評表專題研究計畫成果報告自評表專題研究計畫成果報告自評表

請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況、研究成果之學術或應用價值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）、是否適合在學術期刊發表或申請專利、主要發現或其他有關價值等，作一綜合評估。

1. 請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估

█ 達成目標

□ 未達成目標（請說明，以 100 字為限）

□ 實驗失敗

□ 因故實驗中斷

□ 其他原因說明：成果驗證符合預期目標

2. 研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形：

論文：□已發表 □未發表之文稿 █撰寫中 □無專利：□已獲得 □申請中 █撰寫中 □無

技轉：□已技轉 □洽談中 □無其他：（以 100 字為限）

3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）

（以 500 字為限）

車輛車輛車輛

車輛 PLC 通訊及可程式驅動控制系統通訊及可程式驅動控制系統通訊及可程式驅動控制系統通訊及可程式驅動控制系統：實現車輛通信電子設備驅動晶片低面積、低功率、

低電壓、低價格、高可靠度及環保節能省碳的目的車輛電源線傳送控制信號

車輛電源線傳送控制信號車輛電源線傳送控制信號

車輛電源線傳送控制信號：取代了傳統舊式使用配電盤連接控制電纜線技術，大量的減少廢電線、廢電纜的生產製造，直接降低對空氣及環境對地球所造成的污染

車用電子控制技術車用電子控制技術車用電子控制技術

車用電子控制技術：未來的汽車在維修檢測上更便利、省時，縮短工作時效

國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表

（英文）Multi-function Automobile Power IC

成果歸屬機構

slave. The transceiver design with Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) modulation technology be used to prevent the influence of noise on control signal. With encode the signal of control data by 11-bit Barker code, which also can be used to 802.11 wireless spread spectrum sequence. The early and late phase of the clock data recovery circuit which has three phases, that it will tracking frequency error between the transmitter (TX) and receiver (RX). By the 32-bit serial signal and back-end control circuit, implementation of transmission and PWM control. A prototype vehicle power line communication network realized and verified by FPGA and the proposed circuit.

產業別產業別

國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表

日期:2011/10/28

國科會補助計畫

計畫名稱: 子計畫四：多功能車用功率積體電路(3/3) 計畫主持人: 蘇朝琴

計畫編號: 99-2220-E-009-025- 學門領域: 晶片科技計畫--整合型學術研究計畫

無研發成果推廣資料

99 年度專題研究計畫研究成果彙整表

計畫主持人：蘇朝琴計畫編號：99-2220-E-009-025-

計畫名稱：具通信功能之車用功率系統晶片--子計畫四：多功能車用功率積體電路(3/3)

其他成果

(

無法以量化表達之成果如辦理學術活動、獲得獎項、重要國際合作、研究成果國際影響力及其他協助產業技術發展之具體效益事項等，請以文字敘述填列。)

無

成果項目量化 名稱或內容性質簡述

測驗工具(含質性與量性) 0

課程/模組 0

電腦及網路系統或工具 0

教材 0

舉辦之活動/競賽 0

研討會/工作坊 0

電子報、網站 0

科教處計畫加填項

目計畫成果推廣之參與（閱聽）人數 0

國科會補助專題研究計畫成果報告自評表

請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況、研究成果之學術或應用價值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）、是否適合在學術期刊發表或申請專利、主要發現或其他有關價值等，作一綜合評估。

1. 請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估

■達成目標

□未達成目標（請說明，以 100 字為限）

□實驗失敗

□因故實驗中斷

□其他原因說明：

2. 研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形：

論文：□已發表 □未發表之文稿 ■撰寫中 □無專利：□已獲得 □申請中 ■無

技轉：□已技轉 □洽談中 ■無其他：（以 100 字為限）

本計畫目前撰寫中之專利共計二件。

3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）（以 500 字為限）

車輛 PLC 通訊及可程式驅動控制系統：實現車輛通信電子設備驅動晶片低面積、低功率、

低電壓、低價格、高可靠度及環保節能省碳的目的。

車輛電源線傳送控制信號：取代了傳統舊式使用配電盤連接控制電纜線技術，大量的減少廢電線、廢電纜的生產製造，直接降低對空氣及環境對地球所造成的污染。

車用電子控制技術：未來的汽車在維修檢測上更便利、省時，縮短工作時效。

在文檔中具通信功能之車用功率系統晶片---子計畫四：多功能車用功率積體電路(III) (頁 20-31)

L

V

(t)

(a)

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(c)

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(d)

五 五

五 五、 、 、 、結果與討論 結果與討論 結果與討論 結果與討論

參考文獻 參考文獻 參考文獻 參考文獻

國科會 國科會 國科會

國科會補助 補助 補助專題研究計畫成果報告自評表 補助 專題研究計畫成果報告自評表 專題研究計畫成果報告自評表 專題研究計畫成果報告自評表

1. 請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估

█ 達成目標

□ 未達成目標（請說明，以 100 字為限）

□ 實驗失敗

□ 因故實驗中斷

□ 其他原因 說明：成果驗證符合預期目標

2. 研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形：

論文：□已發表 □未發表之文稿 █撰寫中 □無 專利：□已獲得 □申請中 █撰寫中 □無

技轉：□已技轉 □洽談中 □無 其他： （以 100 字為限）

3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應 用價值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）

（以 500 字為限）

國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表

成果歸屬機構

產業別 產業別

國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表

國科會補助計畫

無研發成果推廣資料

99 年度專題研究計畫研究成果彙整表

(

國科會補助專題研究計畫成果報告自評表

1. 請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估

■達成目標

□未達成目標（請說明，以 100 字為限）

□實驗失敗

□因故實驗中斷

□其他原因 說明：

2. 研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形：

論文：□已發表 □未發表之文稿 ■撰寫中 □無 專利：□已獲得 □申請中 ■無

技轉：□已技轉 □洽談中 ■無 其他：（以 100 字為限）

3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價 值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）（以 500 字為限）

五五

五五、、、、結果與討論結果與討論結果與討論結果與討論

參考文獻參考文獻參考文獻參考文獻

國科會國科會國科會

國科會補助補助補助專題研究計畫成果報告自評表補助專題研究計畫成果報告自評表專題研究計畫成果報告自評表專題研究計畫成果報告自評表

□ 其他原因說明：成果驗證符合預期目標

論文：□已發表 □未發表之文稿 █撰寫中 □無專利：□已獲得 □申請中 █撰寫中 □無

技轉：□已技轉 □洽談中 □無其他：（以 100 字為限）

3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）

產業別產業別

□其他原因說明：

論文：□已發表 □未發表之文稿 ■撰寫中 □無專利：□已獲得 □申請中 ■無

技轉：□已技轉 □洽談中 ■無其他：（以 100 字為限）

3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）（以 500 字為限）