從機械到智能 硅技術引領汽車設計時代

　　現(xiàn)代汽車中的半導體技術和產(chǎn)品正在迅猛增加,消費者對附加功能的需求正將汽車從一個以電氣系統(tǒng)為輔的機械系統(tǒng),變成一個沒有電子系統(tǒng)就無法正常運行的機電系統(tǒng)。這一發(fā)展趨勢刺激了市場對優(yōu)質(zhì)、強大并具有成本效益的硅解決方案的需求。

　　過去,汽車工業(yè)更重視電氣系統(tǒng),而不重視電子系統(tǒng)。例如,照明系統(tǒng)過去經(jīng)常使用繼電器、熔斷器和電源開關作為主模塊設計。今天,ST的“智能”硅解決方案正將汽車工業(yè)引入一個嶄新的激動人心的汽車設計時代。這場革新不僅發(fā)生在傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng),而且還涉及到機械系統(tǒng)。現(xiàn)在幾乎沒有汽車制造商還在使用純粹的機械/電氣發(fā)動機控制系統(tǒng),幾乎所有的現(xiàn)代設計都是利用微處理器的強大功能使發(fā)動機運行得既高效又安靜,而且,還可以按照司機的要求輸出動力。

　　隨著汽車工業(yè)對半導體依賴程度的提高,半導體供應商不斷開發(fā)出新的技術和工藝,以滿足汽車工業(yè)對半導體產(chǎn)品的需求。這些進步正將汽車引向一個成本和集成度都優(yōu)于今天的解決方案的汽車系統(tǒng)的理想目標。不過,只能通過半導體供應商與汽車工業(yè)相關的行業(yè)的密切合作才能取得這些進步,像意法半導體（ST）這樣的寬線產(chǎn)品的半導體供應商已經(jīng)認識到了這種關系。本文探討了一些專門為汽車工業(yè)開發(fā)的半導體技術,以及半導體供應商與汽車制造商及其一級零部件供應商的合作關系在這一成功中所發(fā)揮的關鍵作用。

　　合作模式

　　隨著汽車控制系統(tǒng)的復雜性日益提高,以及對乘座舒適性需求的提高,汽車制造商及半導體供應商增加的投資超出了汽車市場的增長速度。快速的投資增長和對半導體的重視,急需半導體供應商提高產(chǎn)品功能,同時降低成本。

　　為了實現(xiàn)這些目的,汽車制造商及其一級零部件供應商需要依賴像意法半導體一樣的半導體供應商的專門技術和工藝,半導體供應商為半導體器件輸入了專門的技術,同時,汽車制造商及其一級零部件供應商也為系統(tǒng)提供了專門的技術。因此,一個優(yōu)良的交流模式對于汽車半導體產(chǎn)品開發(fā)是非常重要的。

　　傳統(tǒng)上,汽車工業(yè)的半導體產(chǎn)品開發(fā)是基于一個分層的交流模式,在這種模式下,半導體供應商直接與一級零部件供應商交流,而一級供應商要分別與半導體供應商和汽車制造商交流。因為一級零部件供應商在整車的某些特殊的系統(tǒng)開發(fā)上擁有專門的技術,所以,這種交流模式對于閉路系統(tǒng)十分有效。不過,對于依靠汽車的其他系統(tǒng)幫助來執(zhí)行目標功能的系統(tǒng)（開路系統(tǒng)）,汽車制造商的加入是十分重要的。這種方法是針對汽車工業(yè)標準系統(tǒng)而產(chǎn)生的。由汽車制造商、一級零部件供應商和半導體供應商組成的集團叫做財團。財團采用圓桌會議的方法在成員之間建立交流渠道,汽車工業(yè)正在享受這一結果帶來的好處。

　　硅技術進步

　　縱向智能功率技術（VIPower）--用智能硅器件取代繼電器

　　自晶體管問世以來,硅開關技術經(jīng)歷了全面的發(fā)展,不過,硅技術局限性意味著在高可靠和惡劣環(huán)境中（如汽車）,晶體管的應用將會受到限制。在硅技術無法應用的領域,機電繼電器則是一個成本低廉的開關解決方案。

　　現(xiàn)在,新的硅技術正在改變傳統(tǒng)的觀念。先進的硅技術,如意法半導體開發(fā)的VIPower（縱向智能功率MOS技術）,不僅縮小了芯片封裝的尺寸,而且還提高了器件內(nèi)部的智能技術含量。這種技術允許開發(fā)智能程度更高的用戶友好的應用,例如,無需熔斷器的智能前大燈控制器,以及智能車窗升降應用,這種升降機無需特殊傳感器就能檢測到夾在車窗的物體,如手或嬰兒的頭。

　　意法半導體開發(fā)出了很多在單一半導體器件內(nèi)集成系統(tǒng)功能的硅技術,這種技術允許控制電路與場效應MOS驅(qū)動器安裝在一起,在與VIPower器件配合使用時,可以形成一個系統(tǒng)解決方案。

　　VIPower硅結構允許設計一個低Rdson（通態(tài)電阻）的開關器件,這樣,使用少量的半導體器件,就可以驅(qū)動較大的負載,如直流電機、電磁閥和車燈。意法半導體正在設計將硅技術與工藝融為一體,包括采用VIPower技術的智能控制器單片。硅技術和工藝整合后為汽車工業(yè)創(chuàng)造的獨特產(chǎn)品,會以更低的成本實現(xiàn)更高的功能和更佳的系統(tǒng)設計。

　　當設計驅(qū)動外部負載的汽車系統(tǒng)時,最重要的是了解使用硅器件的優(yōu)點和局限性。在為系統(tǒng)確定正確的半導體分布的內(nèi)部設計方面,意法半導體擁有專門的技術和豐富的經(jīng)驗。為融合一級零部件供應商的專門系統(tǒng)技術和汽車制造商開發(fā)的每一臺汽車平臺的專門技術,利用一個隨時可用的強大框架,以確保汽車具有異的質(zhì)量和可靠性。

微控制器——更強的處理能力,更小的功耗

　　汽車系統(tǒng)的理想的微控制器應具有強大的處理能力,同時電力功率消耗也應很低。這是因為兩個原因：使用微控制器的系統(tǒng)還有更多的任務要做;越來越多的新系統(tǒng)被增加到汽車制造商的汽車平臺上。

　　對于微控制器,性能提高意味著工作頻率提高,這就產(chǎn)生了電磁傳導系數(shù)（EMC）和電磁化系數(shù)（EMS）問題。為了滿足汽車EMC和EMS嚴格的需求,半導體設計商在優(yōu)化微控制器的電路和布局上花費了巨大的人力和物力,開發(fā)出了能夠滿足并超出汽車環(huán)境要求的微控制器產(chǎn)品。

　　硬件平臺

硬件平臺

　　微控制器核心只是微控制器的一部分,微控制器的外設組合、封裝尺寸和引腳也很重要。例如,控制車身電子系統(tǒng)的微控制器可能需要一對精確的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、16位定時器、自動裝載脈寬調(diào)制（PWM）輸出、連接外圍組件的串口（SPI）、K線和LIN等通信用串行通信接口（SCI）,甚至還包括直接驅(qū)動步進電機的專用電機控制輸出（常用于儀表線束）。

　　通過與一級零部件供應商和汽車制造商密切合作,意法半導體已經(jīng)有能力運用獨有的硅技術及工藝,開發(fā)高集成度的可以用于汽車平臺多個系統(tǒng)的微控制器家族。

　　軟件平臺

軟件平臺