近年來(lái)，在市場(chǎng)增長(zhǎng)和消費(fèi)者購(gòu)車(chē)習(xí)慣轉(zhuǎn)變的推動(dòng)下，汽車(chē)制造商越來(lái)越趨向于采用更復(fù)雜的電子元器件來(lái)增加新的舒適/使得功能，同時(shí)致力于節(jié)能減排以配合更嚴(yán)格排放法規(guī)需求。身為應(yīng)用于高能效電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體積極推出強(qiáng)固及創(chuàng)新的高能效汽車(chē)解決方案，減少?gòu)U氣排放，提高燃油經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)動(dòng)力系統(tǒng)、照明、安全、車(chē)載網(wǎng)絡(luò)和信息娛樂(lè)系統(tǒng)的性能和可靠性。

汽車(chē)電子發(fā)展趨勢(shì)

從總體上看，平均每輛汽車(chē)中的半導(dǎo)體成分在增高。其中北美、歐洲和日韓等傳統(tǒng)汽車(chē)市場(chǎng)的平均每輛汽車(chē)半導(dǎo)體成分是中國(guó)汽車(chē)的2倍，另一方面，這也顯示出中國(guó)等新興市場(chǎng)的汽車(chē)電子發(fā)展空間非常廣闊。

在各類(lèi)汽車(chē)應(yīng)用市場(chǎng)中，動(dòng)力系統(tǒng)、信息娛樂(lè)系統(tǒng)等尤為引人注目。其中，在汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)方面，目前存在由相同目標(biāo)推動(dòng)的兩個(gè)重要趨勢(shì)：高能效及更清潔的汽車(chē)。世界各國(guó)政府機(jī)構(gòu)正在推動(dòng)相關(guān)提案及法規(guī)，迫使汽車(chē)OEM設(shè)法減少燃油消耗及廢氣(二氧化碳、NOx等)排放。工程師們需要極具創(chuàng)意，使內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)汽車(chē)提供更佳的燃油經(jīng)濟(jì)性；讓新一代混合動(dòng)力及電動(dòng)汽車(chē)更加節(jié)能。

上述趨勢(shì)有賴(lài)于電子電路來(lái)配合開(kāi)發(fā)更清潔及更高能效的汽車(chē)。從半導(dǎo)體的角度看，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)與混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)估計(jì)的半導(dǎo)體成分之比為1:5。從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向使用電動(dòng)機(jī)將提升汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)槠?chē)將使用電力來(lái)驅(qū)動(dòng)。由于石油價(jià)格及高性?xún)r(jià)比電池技術(shù)及基礎(chǔ)設(shè)施的就緒等因素，預(yù)計(jì)約在2025年汽車(chē)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)將大規(guī)模轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)。

與此同時(shí)，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)將繼續(xù)提升能效，但一鍵啟動(dòng)/停止交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、更智能的噴射驅(qū)動(dòng)器IC等某些附加技術(shù)將有賴(lài)于更精確的傳感器信號(hào)和汽車(chē)工程師更深入的系統(tǒng)專(zhuān)長(zhǎng)。發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸的減小將以更智能的渦輪增壓技術(shù)予以補(bǔ)償。最終，部分或完全混合設(shè)計(jì)的汽車(chē)將幫助提升加速時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)能效，以電動(dòng)力替代通常相當(dāng)耗油的熱動(dòng)力。

車(chē)載信息娛樂(lè)應(yīng)用方面的挑戰(zhàn)是整車(chē)企業(yè)必須考慮如何將更多的軟件和硬件內(nèi)嵌到汽車(chē)之內(nèi)，把汽車(chē)變成一個(gè)新的移動(dòng)設(shè)備；還要用集成實(shí)現(xiàn)最小化，集中精力實(shí)現(xiàn)的汽車(chē)與其他設(shè)備之間的最好聯(lián)通，如手機(jī)、智能電話(huà)以及其他的消費(fèi)電子設(shè)備。而且對(duì)于車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)而言，集成的功能越來(lái)越多，如可能包括導(dǎo)航系統(tǒng)、AM/FM收音機(jī)和CD/DVD播放、衛(wèi)星廣播等，使系統(tǒng)的復(fù)雜度越來(lái)越高，且對(duì)電源的要求也在提高。例如，汽車(chē)信息娛樂(lè)系統(tǒng)電源既要求低電流——為微控制器(MCU)及傳感器供電(5 V、3.3 V，電流10～100 mA)，也需要大電流——為高性能處理器(DSP)及USB供電(5 V、3.3 V、1.2 V，電流0～3 A)；而LED背光需要電壓12 V、電流低于1 A供電，其它設(shè)備(天線(xiàn)、風(fēng)扇、電機(jī)、VFD顯示屏驅(qū)動(dòng)等)還有其它電壓要求。

安森美半導(dǎo)體配合新趨勢(shì)的動(dòng)力控制及車(chē)載娛樂(lè)解決方案

1. 動(dòng)力控制方案

FlexRay™是車(chē)載網(wǎng)絡(luò)(IVN)應(yīng)用快速興起的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，正在替代當(dāng)前基于控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)及本地互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸速率提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)，而且可靠性更高，使下一代汽車(chē)能夠應(yīng)用更先進(jìn)的安全、動(dòng)力系統(tǒng)及舒適機(jī)制。

安森美半導(dǎo)體擴(kuò)充了汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品陣容，推出了一款符合業(yè)界最新采用的FlexRay™ 通信協(xié)議的總線(xiàn)收發(fā)器IC——NCV7381。該器件是一款極強(qiáng)固的單通道器件，能夠提供高達(dá)10 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。這新器件完全遵從FlexRay™電氣物理層規(guī)范3.0.1版，在有線(xiàn)FlexRay™通信介質(zhì)及協(xié)定控制器/主機(jī)之間提供差分傳送及接收能力。NCV7381的模式控制功能經(jīng)過(guò)了優(yōu)化，用于持續(xù)連接至汽車(chē)電池的節(jié)點(diǎn)。這器件提供低能耗工作及配合遠(yuǎn)程喚醒檢測(cè)的低能耗模式接收器。NCV7381能夠采用5.5伏(V)至50 V電池供電電壓工作，可以集成在12 V及24 V汽車(chē)電源系統(tǒng)中。它在完整頻率范圍內(nèi)提供優(yōu)異的電磁耐受性(EMS)性能。

圖1：NCV7381典型應(yīng)用電路圖。

此外，多年來(lái)，安森美半導(dǎo)體已成為汽車(chē)點(diǎn)火領(lǐng)域公認(rèn)的領(lǐng)先供應(yīng)商，可提供強(qiáng)固及可靠的絕緣門(mén)雙極晶體管(IGBT)系列。為了持續(xù)加強(qiáng)該系列器件的性能，安森美半導(dǎo)體新近推出的第三代點(diǎn)火IGBT——NGB15N41A性能極佳，而且尺寸更小。隨著最新收購(gòu)而添增的三洋半導(dǎo)體分部，安森美半導(dǎo)體用于點(diǎn)火應(yīng)用的IGBT陣容進(jìn)一步擴(kuò)大。除了已有的系列IGBT器件，公司還在規(guī)劃一款用于點(diǎn)火應(yīng)用的高集成度器件。該產(chǎn)品將IGBT功率器件與控制器集成在單個(gè)封裝中，可以用于筆形線(xiàn)圈點(diǎn)火應(yīng)用。

此外，安森美半導(dǎo)體還將推出能夠在動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)泵、散熱風(fēng)扇或節(jié)氣閥的系列無(wú)刷直流(BLDC)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(LV9901)，還有將控制器和電源段集成在單個(gè)功率封裝中(某種微型模塊)的模塊化封裝系列。今年5月，安森美半導(dǎo)體在歐洲的PCIM展會(huì)上展示了智能功率模塊(IPM)。結(jié)合公司的絕緣金屬基板技術(shù)(IMST)與寬廣的電源方案系列，以及在高能效電源管理的悠久專(zhuān)長(zhǎng)和技術(shù)，安森美半導(dǎo)體提供創(chuàng)新的智能功率模塊系列和電源變頻器以及設(shè)計(jì)支持和制造能力。這些IPM方案性?xún)r(jià)比高，能夠用于太陽(yáng)能供電及電動(dòng)汽車(chē)等應(yīng)用。

安森美半導(dǎo)體提供300 W至5 kW功率范圍的寬廣陣容高能效功率模塊，可配合廣泛的客戶(hù)應(yīng)用，包括變頻器、升壓驅(qū)動(dòng)器及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器?？蛻?hù)采用集成了多種內(nèi)置特性及智能功能的緊湊設(shè)計(jì)及小巧尺寸，能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，節(jié)省電路板空間，提升可靠性，同時(shí)減少其終端產(chǎn)品的元器件數(shù)量和總成本。

2. 信息娛樂(lè)系統(tǒng)方案

安森美半導(dǎo)體提供各種應(yīng)用于信息娛樂(lè)系統(tǒng)電源的產(chǎn)品，概括起來(lái)主要有以下幾類(lèi)。一類(lèi)是線(xiàn)性穩(wěn)壓器(LDO)，用于電池及后級(jí)穩(wěn)壓，具有標(biāo)準(zhǔn)/低靜態(tài)電流、高電源抑制比(PSRR)/超低靜態(tài)電流，以及跟蹤器和電流檢測(cè)功能；第二類(lèi)是豐富的開(kāi)關(guān)電源(SMPS)產(chǎn)品，用于降壓及升壓控制器/穩(wěn)壓器，采用同步/非同步拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提供高頻、低靜態(tài)電流和電池及后級(jí)穩(wěn)壓；第三類(lèi)是電源管理單元(PMU)，以更高集成度優(yōu)化了尺寸/性能。這些產(chǎn)品都符合下一代尺寸及能效要求。

例如，安森美半導(dǎo)體新推的兩款低壓降穩(wěn)壓器(LDO)IC——NCV47700和NCV47701非常適合汽車(chē)音響及信息娛樂(lè)系統(tǒng)、儀表盤(pán)、導(dǎo)航及衛(wèi)星廣播等應(yīng)用。這些器件包含輸出診斷引腳CSO，可以用于檢測(cè)負(fù)載開(kāi)路及短路事件。兩款器件使用1顆電阻來(lái)連接CSO引腳，提供介于10 mA與350 mA之間的可調(diào)節(jié)輸出電流電平，且精確度達(dá)±10%。

安森美半導(dǎo)體還推出了新系列開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓穩(wěn)壓器，包括NCV890100、NCV890101、NCV890130、NCV890131、NCV890200、NCV890201及NCV890231等，用于空間受限、對(duì)電磁兼容性(EMC)敏感的汽車(chē)娛樂(lè)及信息娛樂(lè)應(yīng)用。這些高集成度器件為連接電池的開(kāi)關(guān)電源提供了業(yè)界領(lǐng)先的轉(zhuǎn)換比。每款器件均包含內(nèi)部電源開(kāi)關(guān)，采用2 MHz頻率工作。高達(dá)2 MHz的開(kāi)關(guān)頻率支持在輸入及輸出濾波器中使用尺寸更小、成本更低的電感及電容。

圖2：NCP890201產(chǎn)品應(yīng)用示意圖。

除了信息娛樂(lè)系統(tǒng)電源方案，安森美半導(dǎo)體還能為信息娛樂(lè)系統(tǒng)市場(chǎng)提供音頻數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、CD DSP、模擬及數(shù)字調(diào)諧器、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)(RDS)接收器、A/B類(lèi)放大器及小尺寸LCD顯示屏驅(qū)動(dòng)器等元器件。

引領(lǐng)新能源汽車(chē)趨勢(shì)

雖然電動(dòng)汽車(chē)面對(duì)著經(jīng)濟(jì)性方面的電池價(jià)格、技術(shù)性方面的電池化學(xué)特性不夠穩(wěn)定，以及人們每天平均駕駛里程的自主度等方面的挑戰(zhàn)，但轉(zhuǎn)向使用電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)汽車(chē)是一個(gè)必然的趨勢(shì)。

從半導(dǎo)體角度來(lái)看，能夠支持更高電壓(250至400 V電池電壓而非12/24 V)及更大電流元器件的電源將是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。市場(chǎng)上符合汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)的功率元器件供應(yīng)商數(shù)量并不太多。如今使用的大多數(shù)元器件來(lái)自于工業(yè)或白色家電等其它行業(yè)，在技術(shù)上并未針對(duì)汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用進(jìn)行完全優(yōu)化，價(jià)格方面亦然。

安森美半導(dǎo)體正在開(kāi)發(fā)新系列的專(zhuān)用IGBT和MOSFET，以符合這一市場(chǎng)的嚴(yán)格要求。安森美半導(dǎo)體的絕緣金屬底板技術(shù)(IMST)能力能夠應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，將多個(gè)功率元器件集成到更小及更高熱效率的封裝(多芯片功率模塊)中，以新技術(shù)幫助業(yè)界轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域。

除了用于主電動(dòng)機(jī)的高壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的挑戰(zhàn)外以外，另一挑戰(zhàn)在于開(kāi)發(fā)用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(EPS)、汽車(chē)空調(diào)(HVAC)及泵等某些電動(dòng)化應(yīng)用的專(zhuān)用元器件。安森美半導(dǎo)體也在開(kāi)發(fā)新的元器件和電源穩(wěn)壓器，旨在將這些模塊用于高壓網(wǎng)絡(luò)。

而電動(dòng)汽車(chē)充電電池方面迄今仍沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，多家公司在提供電池監(jiān)控/電池單元均衡IC。安森美半導(dǎo)體決定開(kāi)發(fā)用于這類(lèi)應(yīng)用的知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)，以及專(zhuān)門(mén)電池架構(gòu)的專(zhuān)用元器件，為OEM和關(guān)鍵客戶(hù)提供ASIC服務(wù)。

中國(guó)的“十二五”規(guī)劃將新能源汽車(chē)列為七大領(lǐng)域的重點(diǎn)發(fā)展方向。毫無(wú)疑問(wèn)，中國(guó)汽車(chē)廠(chǎng)商和國(guó)外廠(chǎng)商一樣面對(duì)著汽車(chē)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不斷細(xì)化、嚴(yán)格化的挑戰(zhàn)。安森美半導(dǎo)體積極服務(wù)中國(guó)市場(chǎng)，為中國(guó)本地關(guān)鍵客戶(hù)及OEM提供技術(shù)應(yīng)用支持。目前，安森美半導(dǎo)體的上海汽車(chē)解決方案工程中心擁有10名應(yīng)用支援專(zhuān)家，并在華北(長(zhǎng)春)和深圳設(shè)有技術(shù)辦事處。

我們已見(jiàn)汽車(chē)電子相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)在汽車(chē)排放、油耗等方面，但如今也看到諸多安全(翻滾測(cè)試、碰撞測(cè)試、剎車(chē)距離等)方面的標(biāo)準(zhǔn)。還有一些適用于半導(dǎo)體器件的標(biāo)準(zhǔn)。AECQ100就是其中最著名的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，此外還有TS16949，都是汽車(chē)半導(dǎo)體公司必須遵循的標(biāo)準(zhǔn)。安森美半導(dǎo)體遵從所有這些標(biāo)準(zhǔn)，甚至致力于超越零事故的終極目標(biāo)(即汽車(chē)因電子電路損壞而造成的汽車(chē)返修率為零)。

西方汽車(chē)制造商已經(jīng)決定引入與電子功能安全相關(guān)的新安全標(biāo)準(zhǔn)(ISO26262)。這標(biāo)準(zhǔn)將影響整個(gè)汽車(chē)行業(yè)。半導(dǎo)體行業(yè)也將必須適應(yīng)此標(biāo)準(zhǔn)。安森美半導(dǎo)體已經(jīng)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中立即遵從此標(biāo)準(zhǔn)，并調(diào)配資源及開(kāi)發(fā)方法來(lái)達(dá)到此要求。

因此，問(wèn)題不在于“怎樣面對(duì)汽車(chē)電子相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的不斷細(xì)化、嚴(yán)格化的挑戰(zhàn)”，而是在于“怎樣開(kāi)發(fā)以符合甚至超越使用電子及半導(dǎo)體技術(shù)的安全、生態(tài)及駕駛動(dòng)力方面的汽車(chē)性能要求”。

總結(jié)

汽車(chē)制造商越來(lái)越趨向于以更先進(jìn)的電子元器件實(shí)現(xiàn)新功能或加強(qiáng)功能，以提高品牌聲譽(yù)和競(jìng)爭(zhēng)差異性，讓消費(fèi)者體驗(yàn)更安全和舒適，他們因而要在汽車(chē)中采用更先進(jìn)的電子元器件。安森美半導(dǎo)體身為應(yīng)用于高能效電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供應(yīng)商，正在利用不斷推出的新產(chǎn)品，幫助汽車(chē)制造商改進(jìn)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)、照明及電源/電源管理(含車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng))應(yīng)用，符合更高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)新能源汽車(chē)的發(fā)展，減少污染，節(jié)省能源。