中國新一代汽車電子的兩大設(shè)計(jì)趨勢

如今的汽車市場正受到經(jīng)濟(jì)危機(jī)的沖擊，與此同時(shí)，提高安全性能和綠色環(huán)保這兩大趨勢也驅(qū)動(dòng)著新一代汽車的發(fā)展，并指引著汽車廠商生產(chǎn)出與消費(fèi)者的意向最相符、具有差異化特性的下一代汽車。

對經(jīng)濟(jì)的預(yù)期，使得消費(fèi)者對汽車新功能的需求首先以安全為導(dǎo)向。能夠保障司機(jī)、乘客和行人安全，有效降低事故發(fā)生的高級安全系統(tǒng)，比如無需增加太多成本的先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)，將是一個(gè)快速增長汽車電子領(lǐng)域，并對汽車的差異化設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響。除了安全氣囊等被動(dòng)安全系統(tǒng)外，未來越來越多的汽車還將采用基于視覺的主動(dòng)安全系統(tǒng)，包括后視系統(tǒng)、車道偏離告警系統(tǒng)、司機(jī)注意力告警系統(tǒng)、前燈控制系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)以及能夠在各種照明條件下檢測并分辨物體的自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)等。

為降低能耗和減少溫室氣體的排放，對汽車的綠色環(huán)保設(shè)計(jì)要求日益迫切。除了利用許多傳統(tǒng)技術(shù)使汽車更加符合環(huán)保要求外，各種汽車能源的替代形式，無論是替代燃料(如甲醇、乙醇等)汽車，還是混合動(dòng)力(油電組合)汽車(HEV)或純電動(dòng)汽車(EV)，都已成為汽車廠家的最優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

本文重點(diǎn)關(guān)注汽車安全和綠色環(huán)保設(shè)計(jì)趨勢，討論實(shí)現(xiàn)這些功能的關(guān)鍵設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，并分享領(lǐng)先汽車半導(dǎo)體廠商的獨(dú)特觀點(diǎn)及最新解決方案。

可視安全監(jiān)控系統(tǒng)

具有高動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器，再加上功能強(qiáng)大的處理器、DSP、FPGA、圖像傳感器和復(fù)雜算法，正在開創(chuàng)汽車視覺系統(tǒng)的新時(shí)代車。比如，后視攝像系統(tǒng)上的警告符號通過變化大小和顏色來提醒司機(jī)注意檢測最近物體。注意力告警系統(tǒng)可以使用裝在司機(jī)門上和中央控制臺上的紅外攝像機(jī)來記錄和分析司機(jī)的眼睛運(yùn)動(dòng)，并在司機(jī)的眼睛合上的時(shí)間超過正常眨眼的時(shí)間時(shí)發(fā)出聽得見、看得到的告警。車道偏離告警系統(tǒng)使用攝像機(jī)來監(jiān)視道路標(biāo)志線之間的車輛位置。

對汽車安全應(yīng)用中的圖像傳感器而言，其新興開發(fā)領(lǐng)域正是這些基于視覺的系統(tǒng)?！暗牵嫦蜻@些應(yīng)用的圖像傳感器面臨一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)，包括低光照條件下(小于1 lux)的低光敏感度(或響應(yīng)度)、極小的封裝尺寸以及色彩的寬動(dòng)態(tài)范圍?！監(jiān)mniVision公司的高級產(chǎn)品市場經(jīng)理Inayat Khajasha表示。

OmniVision是為基于視覺的汽車系統(tǒng)提供圖像傳感器的領(lǐng)先供應(yīng)商，提供廣泛的汽車傳感器產(chǎn)品系列，包括CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。該公司的OV7960可解決以上挑戰(zhàn)，該產(chǎn)品的低光敏感度大于12V/lux-sec，采用最小的 AutoVision CSP(aCSPTM) 封裝，體積比競爭的 CMOS 器件小 50%。此外，OmniVision公司是目前唯一能為新興應(yīng)用，比如360度全景應(yīng)用提供100萬像素傳感器(OV9715)的公司。這種傳感器能實(shí)現(xiàn)180度失真校正的圖像，而不損失任何圖像質(zhì)量。

在這些主動(dòng)安全系統(tǒng)中，除了攝像頭外，還有一個(gè)主要的元件就是高速雷達(dá)。飛思卡爾半導(dǎo)體汽車電子工程經(jīng)理康曉敦介紹道：“隨著圖像傳感器技術(shù)，比如CCD技術(shù)的提高，可視系統(tǒng)在硬件方面已沒有太多難度，主要是軟件策略及算法方面還存在一些挑戰(zhàn)。高速雷達(dá)就不同了，由于主動(dòng)安全系統(tǒng)要求很高的速度(現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)是77GHz)，所以需要用先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)來設(shè)計(jì)新的器件來滿足要求。”

飛思卡爾正在采用硅鍺(SiGe)技術(shù)來設(shè)計(jì)77GHz毫米波雷達(dá)的射頻(RF)芯片，主要面向車間距控制系統(tǒng)及預(yù)防碰撞安全系統(tǒng)等的車間距檢測用途。與使用砷化鎵(GaAs)技術(shù)的毫米波雷達(dá)射頻芯片相比，這種芯片的成本預(yù)計(jì)要低50%。

汽車視覺系統(tǒng)需要采用數(shù)字信號處理單元將實(shí)時(shí)圖像做畸變矯正處理。雖然是圖像處理算法，但實(shí)時(shí)圖像的高碼率、各種鏡頭的曲率、不同的畸變情況都對算法和DSP的性能有較高要求。

“汽車設(shè)計(jì)的要求是高性能、低功耗、有競爭力的成本和高度互聯(lián)的器件。我們專門針對汽車市場推出了多個(gè)SHARC和Blackfin處理器產(chǎn)品。在這些系列中擁有多個(gè)引腳兼容器件，因此客戶能夠?qū)⒁环N設(shè)計(jì)拓展成幾個(gè)實(shí)現(xiàn)方案?！盇DI技術(shù)市場經(jīng)理詹柯表示。

Blackfin架構(gòu)的目標(biāo)應(yīng)用是基于視覺的ADAS，SHARC架構(gòu)的目標(biāo)應(yīng)用是基于雷達(dá)的領(lǐng)域。此外， ADI公司提供汽車安全系統(tǒng)中所用的運(yùn)動(dòng)感應(yīng)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)慣性加速度計(jì)和陀螺儀。在今年早些時(shí)候，ADI還與英飛凌公司合作研發(fā)下一代汽車安全氣囊系統(tǒng)。

此外，在設(shè)計(jì)駕駛輔助系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，除了要考慮采用高集成度和低功耗的元器件時(shí)，還應(yīng)當(dāng)同時(shí)注重可靠性?！耙?yàn)檫@類系統(tǒng)所做出的操作決定，關(guān)乎車內(nèi)外人員的人身安全，所以隨著汽車中使用的電子裝置越來越多，廠商必須仔細(xì)挑選有助于開發(fā)出可靠解決方案的元器件?！盇ctel公司軍用和航天產(chǎn)品市場總監(jiān)Ken O’Neil表示。

針對可靠性的關(guān)注，Actel提供ProASIC3可重編程FPGA系列。ProASIC3采用0.13?m節(jié)點(diǎn)工藝，是可達(dá)到135°C結(jié)溫的FPGA器件。隨著工藝尺度縮小，半導(dǎo)體芯片中的晶體管數(shù)目越來越多，閾值下的漏電流也越來越突出，因而熱耗散也越來越大，而ProASIC3 FPGA則不存在這類問題，因而可用于極為關(guān)鍵的應(yīng)用中，如溫度和或可靠性考量均極為重要的各種引擎罩下應(yīng)用。

另一個(gè)汽車安全應(yīng)用是防盜裝置。防盜裝置也將引入視覺系統(tǒng)，這也是面向汽車安全應(yīng)用的圖像傳感器的另一個(gè)新開發(fā)領(lǐng)域。Inayat Khajasha對此場景進(jìn)行了簡單描述：如果一個(gè)未經(jīng)授權(quán)的人試圖開車，防盜裝置將采集圖像甚至是視頻，并將這些信息發(fā)送給中心監(jiān)控站。此外，如果有人破車而入，防盜裝置還將提醒車主。