當(dāng)今軍事沖突中的空域充滿了各種尺寸的無(wú)人機(jī) - 從特種部隊(duì)的手動(dòng)發(fā)射車(chē)輛到飛行員在距離沖突地區(qū)數(shù)千英里的地方飛行的噴氣動(dòng)力捕食者無(wú)人機(jī)。地面上有自主和無(wú)線控制的機(jī)器人車(chē)輛，從高風(fēng)險(xiǎn)巡邏到爆炸性彈藥引爆和解除武裝，應(yīng)有盡有。

這些機(jī)器人車(chē)輛支持各種軍事任務(wù)，從秘密情報(bào)收集到直接支持地面部隊(duì)和公開(kāi)的軍事打擊。而這只是觸及了戰(zhàn)場(chǎng)上自主移動(dòng)的表面。片上系統(tǒng) （SoC） 可推進(jìn)微調(diào)混合信號(hào)設(shè)計(jì)，從而降低功耗和費(fèi)用。

機(jī)器人在戰(zhàn)爭(zhēng)中的使用可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)，德國(guó)歌利亞遙控爆炸車(chē)輛和蘇聯(lián)的無(wú)線控制無(wú)人駕駛的Teletanks。今天，軍事機(jī)器人部隊(duì)也拯救了生命。正如機(jī)器人系統(tǒng)和組件的設(shè)計(jì)師和工程師可能知道也可能不知道的那樣，他們?cè)趯?shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)和未來(lái)系統(tǒng)方面發(fā)揮了重要作用。然而，開(kāi)發(fā)這些系統(tǒng)并非易事。機(jī)器人系統(tǒng)以其最基本的形式模擬或以其他方式人為地感知其環(huán)境，并通過(guò)編程邏輯響應(yīng)并與周?chē)h(huán)境進(jìn)行交互。就復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)而言，它們是模擬傳感、驅(qū)動(dòng)和數(shù)字邏輯、處理和通信的終極組合。雖然混合信號(hào)設(shè)計(jì)并不是一個(gè)新概念，但構(gòu)成這些設(shè)計(jì)的基本組件（包括片上系統(tǒng)（SoC））的最新進(jìn)展提供了以更低的功率要求和更低的成本更輕松地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人子系統(tǒng)的方法。

用于機(jī)器人技術(shù)的傳感技術(shù)

與現(xiàn)實(shí)世界的相互作用本質(zhì)上是模擬的。機(jī)器人系統(tǒng)不僅能夠準(zhǔn)確地感知周?chē)h(huán)境，而且能夠以高分辨率感測(cè)周?chē)h(huán)境，從而為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)輸入流，以更有效地做出正確的決策和做出響應(yīng)。例如，為了使機(jī)器人哨兵能夠有效地保護(hù)周邊，系統(tǒng)必須能夠監(jiān)控和檢測(cè)運(yùn)動(dòng) - 無(wú)論是通過(guò)視覺(jué)，聲音還是觸摸。通過(guò)使用高精度熱傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器和/或光學(xué)模擬傳感器的組合，機(jī)器人可以看到的原始輸入可以流式傳輸?shù)娇删幊痰倪\(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法中，以測(cè)量快照和處理決策過(guò)程之間的變化 - 有效地進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。響應(yīng)本身也是一個(gè)模擬過(guò)程（即，機(jī)器人與其環(huán)境交互需要運(yùn)動(dòng)，電機(jī)和電機(jī)控制），實(shí)際上是數(shù)模轉(zhuǎn)換。

機(jī)器人系統(tǒng)的大腦位于數(shù)字領(lǐng)域。基于轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)，響應(yīng)這些信號(hào)的預(yù)編程邏輯步驟由機(jī)器人大腦和/或外部傳達(dá)給機(jī)器人的命令執(zhí)行。例如，在機(jī)器人哨兵中，在檢測(cè)算法向該大腦提供警報(bào)后，執(zhí)行一系列預(yù)編程的邏輯函數(shù)以穩(wěn)定地增加機(jī)器人的整體警覺(jué)性狀態(tài)。這是通過(guò)執(zhí)行恐嚇行動(dòng)來(lái)完成的，以阻止入侵者通過(guò)泛光燈，口頭警告等撤退。

從歷史上看，為機(jī)器人哨兵等系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)需要傳感器、昂貴的模擬分立式ADC、放大器、高精度基準(zhǔn)電壓源、DAC、PWM以及多個(gè)處理器和微控制器。這些是構(gòu)成單個(gè)感知 - 檢測(cè) - 決定 - 響應(yīng) - 報(bào)告子系統(tǒng)的組件 - 只是機(jī)器人哨兵將負(fù)責(zé)的眾多功能之一。僅實(shí)現(xiàn)這一項(xiàng)功能的挑戰(zhàn)是選擇合適的模擬分立元件（ADC、放大器、Vrefs、DAC等），這些元件是為所選高精度傳感器設(shè)計(jì)或與之兼容的。選擇數(shù)字組件、處理器，甚至潛在的自定義邏輯門(mén)來(lái)構(gòu)建報(bào)警級(jí)狀態(tài)機(jī)以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臎Q策和響應(yīng)也很困難。這不僅是一項(xiàng)復(fù)雜而具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，而且如果其中任何部分需要重新定義 - 也許更換傳感器，添加額外的傳感器，添加額外的響應(yīng)機(jī)制等等 - 同樣復(fù)雜的任務(wù)必須再次重復(fù)。最后，大量的分立元件也迅速增加了子系統(tǒng)的總BOM成本，并增加了功率要求，由于元件的數(shù)量而加倍影響系統(tǒng)。

混合信號(hào) SoC 是關(guān)鍵

考慮到構(gòu)建機(jī)器人系統(tǒng)的上述挑戰(zhàn)，好消息是混合信號(hào)可編程SoC架構(gòu)和軟件工具可以減輕機(jī)器人設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。通過(guò)將模擬、數(shù)字、邏輯和處理內(nèi)核集成到單個(gè)混合信號(hào)器件中，設(shè)計(jì)人員可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)成本節(jié)約，同時(shí)大大提高功率預(yù)算。這些類(lèi)型的器件中模擬域和數(shù)字域中的系統(tǒng)級(jí)可編程性也簡(jiǎn)化了通常困難且耗時(shí)的模擬設(shè)計(jì)過(guò)程;這些設(shè)備還提供了快速原型設(shè)計(jì)、測(cè)試的能力，甚至無(wú)需中繼設(shè)計(jì)，即可在此過(guò)程中更改和增量更新設(shè)計(jì)。例如，通過(guò)系統(tǒng)級(jí)可編程性，在這種設(shè)計(jì)水平上設(shè)計(jì)的工具為開(kāi)發(fā)人員提供了一種在混合信號(hào)設(shè)備中定義信號(hào)鏈的方法，并且能夠隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)行修改同一信號(hào)流的任何部分。通過(guò)這種方式，可以使用所需分辨率、采樣速率、基準(zhǔn)電壓源等參數(shù)，通過(guò)ADC本身在系統(tǒng)級(jí)定義信號(hào)路徑和配置元件。所有這一切都可以在使用賽普拉斯的 PSoC 架構(gòu)和軟件工具 PSoC 創(chuàng)建器時(shí)無(wú)需查閱模擬組件數(shù)據(jù)手冊(cè)（圖 1）即可完成。

圖 1：混合信號(hào)可編程SoC軟件根據(jù)所需分辨率、采樣速率和基準(zhǔn)電壓源等參數(shù)生成ADC。

圖1所示的PSoC創(chuàng)建器對(duì)話框根據(jù)所需分辨率、采樣速率和基準(zhǔn)電壓源等參數(shù)生成ADC。如果系統(tǒng)要求發(fā)生重大變化，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)調(diào)整這些參數(shù)并重建系統(tǒng)應(yīng)用程序來(lái)適應(yīng)它們，而無(wú)需進(jìn)行任何硬件修改。

混合信號(hào) SoC 技術(shù)幫助機(jī)器人拯救這一天

軍事機(jī)器人是一個(gè)勇敢和自主的戰(zhàn)士，與戰(zhàn)場(chǎng)上的人類(lèi)對(duì)手不同，它可以成為保護(hù)其所服務(wù)的人的可有可無(wú)的資產(chǎn)。通過(guò)使用最先進(jìn)的可編程混合信號(hào)SoC架構(gòu)和軟件，工程師可以在功率/成本預(yù)算范圍內(nèi)更輕松地進(jìn)一步發(fā)展這些機(jī)器人戰(zhàn)士，從而騰出更多的時(shí)間和精力在最重要的事情上：機(jī)器人的核心任務(wù)。

審核編輯：郭婷