從機械到智能 硅技術(shù)引領(lǐng)汽車設(shè)計時代

　　現(xiàn)代汽車中的半導(dǎo)體技術(shù)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(guān)作為主模塊設(shè)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(shè)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)?，F(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(shè)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(dǎo)體依賴程度的提高,半導(dǎo)體供應(yīng)商不斷開發(fā)出新的技術(shù)和工藝,以滿足汽車工業(yè)對半導(dǎo)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(biāo)。不過,只能通過半導(dǎo)體供應(yīng)商與汽車工業(yè)相關(guān)的行業(yè)的密切合作才能取得這些進步,像意法半導(dǎo)體（ST）這樣的寬線產(chǎn)品的半導(dǎo)體供應(yīng)商已經(jīng)認(rèn)識到了這種關(guān)系。本文探討了一些專門為汽車工業(yè)開發(fā)的半導(dǎo)體技術(shù),以及半導(dǎo)體供應(yīng)商與汽車制造商及其一級零部件供應(yīng)商的合作關(guān)系在這一成功中所發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

　　合作模式

　　隨著汽車控制系統(tǒng)的復(fù)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(dǎo)體供應(yīng)商增加的投資超出了汽車市場的增長速度?？焖俚耐顿Y增長和對半導(dǎo)體的重視,急需半導(dǎo)體供應(yīng)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(yīng)商需要依賴像意法半導(dǎo)體一樣的半導(dǎo)體供應(yīng)商的專門技術(shù)和工藝,半導(dǎo)體供應(yīng)商為半導(dǎo)體器件輸入了專門的技術(shù),同時,汽車制造商及其一級零部件供應(yīng)商也為系統(tǒng)提供了專門的技術(shù)。因此,一個優(yōu)良的交流模式對于汽車半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體供應(yīng)商直接與一級零部件供應(yīng)商交流,而一級供應(yīng)商要分別與半導(dǎo)體供應(yīng)商和汽車制造商交流。因為一級零部件供應(yīng)商在整車的某些特殊的系統(tǒng)開發(fā)上擁有專門的技術(shù),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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)而產(chǎn)生的。由汽車制造商、一級零部件供應(yīng)商和半導(dǎo)體供應(yīng)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(jié)果帶來的好處。

　　硅技術(shù)進步

　　縱向智能功率技術(shù)（VIPower）--用智能硅器件取代繼電器

　　自晶體管問世以來,硅開關(guān)技術(shù)經(jīng)歷了全面的發(fā)展,不過,硅技術(shù)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(yīng)用將會受到限制。在硅技術(shù)無法應(yīng)用的領(lǐng)域,機電繼電器則是一個成本低廉的開關(guān)解決方案。

　　現(xiàn)在,新的硅技術(shù)正在改變傳統(tǒng)的觀念。先進的硅技術(shù),如意法半導(dǎo)體開發(fā)的VIPower（縱向智能功率MOS技術(shù)）,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(shù)含量。這種技術(shù)允許開發(fā)智能程度更高的用戶友好的應(yīng)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(yīng)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(dǎo)體開發(fā)出了很多在單一半導(dǎo)體器件內(nèi)集成系統(tǒng)功能的硅技術(shù),這種技術(shù)允許控制電路與場效應(yīng)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(jié)構(gòu)允許設(shè)計一個低Rdson（通態(tài)電阻）的開關(guān)器件,這樣,使用少量的半導(dǎo)體器件,就可以驅(qū)動較大的負(fù)載,如直流電機、電磁閥和車燈。意法半導(dǎo)體正在設(shè)計將硅技術(shù)與工藝融為一體,包括采用VIPower技術(shù)的智能控制器單片。硅技術(shù)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(shè)計。

　　當(dāng)設(shè)計驅(qū)動外部負(fù)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(dǎo)體分布的內(nèi)部設(shè)計方面,意法半導(dǎo)體擁有專門的技術(shù)和豐富的經(jīng)驗。為融合一級零部件供應(yīng)商的專門系統(tǒng)技術(shù)和汽車制造商開發(fā)的每一臺汽車平臺的專門技術(shù),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(yīng)具有強大的處理能力,同時電力功率消耗也應(yīng)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(wù)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(dǎo)系數(shù)（EMC）和電磁化系數(shù)（EMS）問題。為了滿足汽車EMC和EMS嚴(yán)格的需求,半導(dǎo)體設(shè)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(shè)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(yīng)商和汽車制造商密切合作,意法半導(dǎo)體已經(jīng)有能力運用獨有的硅技術(shù)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