電源域概述
S12ZVM是恩智浦公司推出的汽車級集成產品芯片，它將微處理器、電源、驅動以及各種模擬外設集成在一起的單芯片方案，內部集成了三相電機控制所需的所有元件。所以內部的電源域相對於同等級的MCU要複雜一些，如下圖1.1所示爲S12ZVM的電源域框圖。
下面對實際電路分別進行詳細說明。
VSUP-主電源引腳
VSUP是片上穩壓器的12V/18V電源電壓引腳。這是電壓源輸入引腳，電壓調節器從該電壓源生成片上電壓源。器件電源電壓VSUP爲內部穩壓器VREG_AUTO提供輸入電壓，該電壓產生電壓VDDX，VDD和VDDF。必須在外部對其進行保護，以防止電池反向連接。如下圖1.2所示爲防反接電路。
選擇隔離器件時，有二極管和MOS管兩種選擇，二極管在導通時會產生壓降，電壓有一定的損失。而使用MOS管作隔離，在正向導通時，在控制極加合適的電壓，可以讓MOS管飽和導通，通過電流時幾乎不產生壓降。故選擇N溝道功率MOS管對電源進行隔離。當正確接入電壓時，PWR+爲12V，PWR-爲接地，MOS管UG比US大10V以上，MOS管導通，電流流向PWR-形成迴路。當錯誤接入電壓時，PWR+爲GND，PWR-接入12V，UG小於US，MOS管不導通，無法形成迴路，達到防反接的效果。
數字I/O和模擬電源
如下圖1.3所示爲數字模擬電源接線圖。VDDX域爲器件的I/O引腳供電，VDDA爲ADC和內部偏置電流發生器供電。VDDA和VDDX引腳必須在板級連接，而不能直接在內部連接。VDDX和VDDA之間存在ESD保護二極管，因此強制使用共同的工作範圍。VDD域提供內部設備邏輯。VDDF域提供內部閃存NVM電路的各個部分電壓。因爲穩定性VDDX和VSSX之間需要片外去耦電容。該電源域由低壓復位電路監控。
VDDA和VSSA引腳用於爲穩壓器的模擬部分供電。這些信號提供內部精密基準電路。在VDDA和VSSA之間需要一個片外去耦電容器，它可以改善該電源的質量。微控制器的所有接地引腳（VSSX1，VSSX2，VSS1，VSS2，VSSA和VSSB，VSSC）必須連接在一起。
GDU接口
電機控制的目的是控制電機軸的速度，旋轉方向或位置。這要求以某種方式調製施加到電動機上的電壓。這就是使用功率MOSFET的地方。通過以受控方式接通和斷開電源開關元件，可以改變施加到電動機上的電壓，以便改變電動機軸的速度或位置。
S12ZVM包含一個GDU模塊，該模塊是爲三相電機控制應用設計的場效應晶體管（FET）預驅動器。結合使用自舉和電荷泵技術爲驅動H橋上部MOSFET的電路供電。自舉技術提供了開啓功率器件所需的高瞬時電流，而電荷泵提供了足夠的電流來維持高端預驅動器部分的偏置電壓。如下圖2.1所示爲GDU的框圖。
FET預驅動器接口
預驅動器接口直接連接到外部低端和高端功率MOSFET。驅動器的主要功能是將MOSFET從截止狀態切換到導通狀態，反之亦然，預驅動器將控制信號放大到所需的電平，以驅動功率MOSFET。爲了保證可靠的操作，低側驅動器由VLS穩壓器提供，而高側驅動器則由自舉電路直接提供。根據GDU版本的不同，可以傳送到每個外部功率MOSFET的柵極電荷分別爲50nC和75nC。如下圖2.2所示爲FET的連接圖，下面將詳細介紹。
如上圖所示，HD連接FET預驅動器高端漏極。在GDU內監視GDU的高端漏極電壓輸入引腳HD，並將其映射到中斷。並用ADC進行監控。HD引腳應儘可能靠近高端MOSFET的漏極連接。VSUP由內部專用的低壓降穩壓器生成VLS_OUT電壓。VLS_OUT電壓用於爲低端驅動器供電，並且可以直接連接至每個低端驅動器的VLS電源輸入。VLS爲三個低側FET預驅動器的電壓電源引腳。VLS_OUT引腳上的輸出電壓通常爲11V。建議將陶瓷電容放置在儘可能靠近每個VLS引腳的位置。
HG爲高端功率FET的柵極引腳。驅動器提供高電流且低阻抗，以導通和關斷高端功率FET。HS應與高端功率FET的源極連接和低端功率FET的漏極連接。自舉電容器的低壓端也連接到該引腳。LG爲低端柵極引腳，這些引腳是低端功率FET的柵極驅動器。驅動器提供高電流且低阻抗，以打開和關閉低端功率FET。LD爲低端漏極引腳，應與低端功率FET的漏極連接。LS爲低側源極引腳，應與低側功率FET的低側源極連接。該引腳是電源接地引腳，用於從低側功率FET返回柵極電流。
自舉電路
結合使用自舉和電荷泵技術爲驅動H橋高端MOSFET的電路供電。自舉技術提供了開啓功率器件所需的高瞬時電流，而電荷泵提供了足夠的電流來維持上驅動器部分和MOSFET上的偏置電壓。由於上部偏置電源引腳上的電壓與上部電源開關的源極端子“浮動”在一起。高端預驅動器必須爲外部FET的柵極電容提供足夠的柵極-源極電壓和足夠的電荷。自舉電路用於提供足夠的電荷。自舉電路使用一組外部二極管和電容器來提供大量電流，以快速導通高端MOSFET，每個器件的柵極必須比電源電壓高大約8V電壓。故使用內部電荷泵提供柵極驅動電壓。
電荷泵
電荷泵電壓用於爲高端FET預驅動器提供足夠的電流，以維持柵源電壓。（爲了產生該電壓，外部電荷泵由引腳CP驅動，在0V和11V之間切換產生方波。然後將抽運的電壓施加到引腳VCP。VCP引腳內部連接VBS引腳，爲高端FET預驅動器電源引腳VBS提供高電荷輸入。如下圖2.3左圖所示爲電荷泵電路，電路可等效爲右圖。爲了方便分析對器件進行了重新編號，下面分析電荷泵的工作原理。
如下圖2.4（a）所示，當CP引腳輸出0V時，VIN通過D1和D2對C2進行充電，C2兩端電壓爲上正下負；如下圖2.4（b）所示，當CP引腳輸出11V時，CP電壓和VIN電壓疊加，通過D2對C2進行充電，如果忽略二極管電壓，則C2兩端電壓等於CP電壓VIN電壓之和。
電荷泵電容器值取決於爲靜態HS開關驅動器選擇的電荷泵頻率，電壓紋波和GDU電流。電荷泵二極管必須儘快使用較低的正向壓降和開關時間，以實現快速恢復。
升壓轉換器
S12ZVM中的GDU模塊集成了控制器以實現升壓轉換器。（有些電機在啓動的瞬間因爲電流過大，會將板子的電壓拉低，導致柵源電壓不夠，這時升壓電路打開可以維持柵源電壓，其它時候升壓電路不起作用）該模塊實現了一個開關，該開關由總線的可選頻率控制。將VBAT作爲輸入電壓連接到升壓轉換器，在這種情況下，需要一個附加二極管作爲VBAT反向保護。升壓電路使能控制位爲GDUE_GDOE。如下圖2.5所示爲升壓電路。
由上圖所示，升壓轉換器內部含有用於限制線圈電流的電路，使用GDUBCL寄存器中的GBCL[3：0]位來調整此電流限制。BST引腳內置一個驅動晶體管T1，由總線時鐘分頻控制。當晶體管接地時，功率二極管反向偏置，流過線圈的電流增加，能量存儲在電感線圈中。當晶體管關閉時，電流流過二極管併爲電容器充電。線圈電流再次降低，線圈上的電壓反轉，從而導致更高的輸出電壓VSUP（即上圖的VUSP）。
VSUP引腳上的升壓轉換器的輸出電壓經過分壓，然後與參考電壓Vref進行比較。只要分壓電壓VSUP低於Vref，就設置GBOE（GDU升壓使能），使能升壓轉換器時鐘進行升壓。
電流檢測放大器
電流檢測放大器集成在S12ZVM微控制器中，用於低端電流測量。該接口由兩個片上運算放大器組成，每個都鏈接到一個獨立的ADC通道，用於同時測量兩個不同的電流。電流檢測放大器通常連接爲差分放大器。它檢測流過外部功率FET的電流作爲電流檢測電阻兩端的電壓。如下圖2.6所示爲電流檢測電路圖。
由上圖可知，U2把VDDA分壓一半提供給電流檢測運放進行偏置。電流檢測運放的放大倍數爲：
當採樣電阻爲1mΩ時，採集電流最大爲：
