安森美半導體的汽車(chē)半導體方案使汽車(chē)更智能、安全、環(huán)保和節能

汽車(chē)智能化、自動(dòng)駕駛、電動(dòng)汽車(chē)/汽車(chē)功能電子化等趨勢的推進(jìn)正使汽車(chē)變得更加安全、舒適、環(huán)保和節能，半導體是賦能這些創(chuàng )新的關(guān)鍵。作為全球前10大汽車(chē)半導體供應商之一，安森美半導體為自動(dòng)駕駛、汽車(chē)功能電子化、傳統動(dòng)力總成、照明和車(chē)身電子提供全面的創(chuàng )新的汽車(chē)級半導體方案和技術(shù)，使汽車(chē)和駕駛員之間的關(guān)系更緊密、更安全、更高效，并致力于零缺陷、零排放，確保上路汽車(chē)的安全和讓地球更加清潔。

圖1 傳感器融合的自動(dòng)駕駛

提供高品質(zhì)的汽車(chē)方案有超過(guò)五十年的歷史，并為未來(lái)的汽車(chē)提供整體方案

自2010年以來(lái)，安森美半導體付運給汽車(chē)客戶(hù)的汽車(chē)半導體產(chǎn)品達1,300億個(gè)。2019年，全球每生產(chǎn)一輛汽車(chē)約用到安森美半導體的器件數超過(guò)230顆。此外，安森美半導體也致力推動(dòng)零缺陷的品質(zhì)文化，以每十億顆器件中的缺陷數衡量的領(lǐng)先市場(chǎng)的質(zhì)量，且在圖像傳感器、超聲波傳感器接口、LED前照燈、MOSFET功率模塊、點(diǎn)火IGBT全球稱(chēng)冠，而在汽車(chē)功率MOSFET和分立IGBT也是全球第二大供應商。

安森美半導體迄今為先進(jìn)駕駛輔助系統 (ADAS) 應用付運了超過(guò)1.2億顆圖像傳感器，且付運超過(guò)4億顆汽車(chē)傳感器，當中有的已經(jīng)在路上行駛超過(guò)13年。未來(lái)的汽車(chē)將結合超聲波、圖像、激光雷達 (LiDAR) 、雷達、傳感器融合、人工智能 (AI) 等多種技術(shù)，且隨著(zhù)共享車(chē)的興起和自動(dòng)駕駛的發(fā)展，要求汽車(chē)不僅可靠而且可信，功能安全變得至關(guān)重要，加之車(chē)聯(lián)網(wǎng)的普及，網(wǎng)絡(luò )安全也尤為重要。安森美半導體具備全面的感知技術(shù)并注重功能安全和網(wǎng)絡(luò )安全，為汽車(chē)艙內感知和外部感知提供完整又可信的方案。

圖2 安森美半導體LiDAR產(chǎn)品演示平臺概覽

ADAS/自動(dòng)駕駛方案

ADAS/自動(dòng)駕駛是實(shí)現零事故、零死亡和零分心的核心技術(shù)，而各種傳感器是這些系統中的主要技術(shù)。例如，安森美半導體提供的圖像傳感器，用在自動(dòng)駕駛系統上，每小時(shí)可有望挽救9條生命，每年累計可有望挽救81000條生命。自動(dòng)駕駛從L1到L5的逐級提升，傳感器的數量和種類(lèi)都不斷地增加。未來(lái)的汽車(chē)可定義為架在四個(gè)輪子上、具有極其強大感知能力的計算機。其越來(lái)越豐富、全面、強大的感知系統將遠超人類(lèi)的感知速度和反應，包括ADAS攝像頭、倒車(chē)攝像頭、環(huán)視360度、監控、電子車(chē)鏡、駕駛員監控、乘務(wù)員監控、超聲波、毫米波雷達和激光雷達等，能夠分分秒秒、時(shí)時(shí)刻刻不間斷地監控周?chē)h(huán)境，從而實(shí)現更安全的駕駛。安森美半導體為整個(gè)汽車(chē)提供全面的智能感知方案，包括成像、超聲波、毫米波雷達、激光雷達和傳感器融合，以及其它車(chē)規級器件如二極管、低壓降穩壓器 (LDO) 、電源管理IC等和車(chē)載網(wǎng)絡(luò )及先進(jìn)的汽車(chē)照明方案，從而為客戶(hù)提供一站式的服務(wù)以及最優(yōu)化的系統設計方案。

汽車(chē)成像可分成專(zhuān)門(mén)給人眼看的和給機器視覺(jué)使用的，在提供給人眼觀(guān)察的部分，如駕駛員、乘客、后視、環(huán)視、電子后視鏡，成像挑戰包括：真實(shí)世界經(jīng)常面對寬動(dòng)態(tài)情景(>120 dB)，溫度范圍超大的極端條件（-40 °C至+105 °C），LED交通燈/標志燈閃爍難以辨別。在成像傳感器行業(yè)，安森美半導體有超過(guò)40年的悠久歷史(主要通過(guò)并購)，具備2000多項成像方面的專(zhuān)利，尤其在全球汽車(chē)成像市場(chǎng)占>60%的市場(chǎng)份額，提供從VGA至1200萬(wàn)像素完整的產(chǎn)品線(xiàn)、寬動(dòng)態(tài)范圍 (HDR) +減少LED閃爍 (LFM) 傳感器架構、優(yōu)化的色彩濾波陣列 (CFA) 、通過(guò)時(shí)間和路測認證的寬動(dòng)態(tài)，第四代ISO26262/汽車(chē)功能安全等級C級 (ASIL C) 、全球首款具有網(wǎng)絡(luò )安全功能的圖像傳感器（如具有市場(chǎng)最高的寬動(dòng)態(tài)效果的Hayabusa系列），解決上述挑戰。

在汽車(chē)感知部分，也就是給人工智能和機器視覺(jué)用的感知系統，安森美半導體占全球>80%的市場(chǎng)份額，而且還在逐年擴大。安森美半導體的激光雷達 (LiDAR) 基于硅光電倍增管 (SiPM) ，與傳統的雪崩光電二極管 (APD) 相比，SiPM的增益是APD的1萬(wàn)倍，靈敏度是APD的2000倍，工作電壓要求低至30V，一致性非常好，適合大批量生產(chǎn)，符合汽車(chē)LiDAR落地對傳感器的需求。安森美半導體提供車(chē)規單點(diǎn)SiPM、線(xiàn)陣1x12、1x16 SiPM，其最新的Pandion 單光子雪崩二極管 (SPAD) 400×100面陣，將來(lái)完全可以實(shí)現有深度信息的圖像。

毫米波雷達在不同的自動(dòng)駕駛級別有不同的應用。安森美半導體的下一代毫米波雷達采用MIMO+，能提供4維信息，用于L3層級的自動(dòng)駕駛，比競爭對手多一倍的通道，節省50%的mmIC器件、減少優(yōu)化控制器、線(xiàn)路板，降低總成本。

智能座艙也越來(lái)越受到重視，包括駕駛員的識別、調車(chē)椅的位置、空調的溫度、用戶(hù)喜歡的電臺和乘客監控，設計挑戰包括：車(chē)內受限的空間及攝像頭尺寸、光線(xiàn)條件對汽車(chē)成像的嚴苛要求、系統成本等，安森美半導體和合作伙伴一起開(kāi)發(fā)了0.5×0.5cm3非常小型的攝像頭，放在車(chē)里乘客、駕駛員基本上都不會(huì )看得到，并具備極佳的紅外響應和全局快門(mén)效率，全面的產(chǎn)品線(xiàn)從VGA至200萬(wàn)像素，提供完整的智能座艙方案和生態(tài)系統。

圖3 安森美半導體為汽車(chē)功能電子化提供全面的方案

電動(dòng)汽車(chē)/汽車(chē)功能電子化方案

汽車(chē)功能電子化是節能減排和減少對石油的依賴(lài)的關(guān)鍵技術(shù)。受政府節能和環(huán)保法規以及新基建等一系列政策驅動(dòng)，汽車(chē)正迅速邁向電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展。安森美半導體是汽車(chē)功能電子化的一個(gè)領(lǐng)袖，提供全面的方案包括先進(jìn)的碳化硅 (SiC) 、IGBT、高壓門(mén)極驅動(dòng)器、高壓整流器、超級結MOSFET、高壓DC-DC等，以及先進(jìn)的封裝技術(shù)如單/雙面冷卻和雙面直接冷卻封裝，用于牽引逆變器、車(chē)載充電、48 V、輔助電機控制、高壓負載等系統。

牽引逆變器是電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成的關(guān)鍵部分，負責將高壓電池 (350-800 VDC) 的直流電壓轉換為三相交流正弦電流的交流電壓，進(jìn)而旋轉感應電機并驅動(dòng)車(chē)輛前進(jìn)。該模塊的性能影響到車(chē)輛的整體能效，包括加速和駕駛里程。安森美半導體提供高能效、穩定可靠且具成本競爭優(yōu)勢的牽引逆變器方案及先進(jìn)的封裝技術(shù)，包括分立IGBT、SiC MOSFET、隔離門(mén)極驅動(dòng)器和創(chuàng )新的VE-Trac系列模塊，以助力增加電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程，從而幫助提高電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)占有用率。VE-Trac系列模塊包括VE-Trac Dual和VE-Trac Direct，提供領(lǐng)先市場(chǎng)的電氣和熱性能，同時(shí)為迅速增長(cháng)的牽引逆變器市場(chǎng)提供可擴展性和汽車(chē)可靠性。其中，VE-Trac Dual是雙面散熱模塊，適用于從80 kW到300 kW應用，提供最低的每kW成本，具有可擴展，低雜散電感的優(yōu)點(diǎn)，VE-Trac Direct以創(chuàng )新和可靠的壓合引腳直接替代現有的傳統產(chǎn)品。對于800 V電池電動(dòng)汽車(chē)系統，SiC MOSFET提供優(yōu)于硅的開(kāi)關(guān)性能和更高的可靠性，具有低導通電阻和緊湊的芯片尺寸，確保低電容和門(mén)極電荷。這些特性帶來(lái)了系統優(yōu)勢，包括高能效、快速工作頻率、更高的功率密度、更低的電磁干擾(EMI)以及減小占位的便利性。

電動(dòng)/混動(dòng)汽車(chē)可通過(guò)直流充電樁或普通的交流電源插座對其高壓電池子系統進(jìn)行充電，車(chē)載充電器 (OBC) 是交流充電的核心系統。安森美半導體提供眾多的超級結MOSFET、IGBT、門(mén)極驅動(dòng)等產(chǎn)品，并針對在電動(dòng)汽車(chē)電池和建筑物或電網(wǎng)之間進(jìn)行雙向充電 (V2X) 等趨勢和功率等級及占位面積等挑戰推出集成SiC的混合IGBT、SiC MOSFET、汽車(chē)功率模塊 (APM) ，應用于車(chē)載充電的PFC、DC-DC、整流、輔助電源、驅動(dòng)等各個(gè)功率級，提高能效、性能、功率密度，減小損耗和占位空間，同時(shí)積極擴展現有產(chǎn)品陣容，推出用于3.3 kW、6.6 kW、11 kW等主流功率等級的OBC開(kāi)發(fā)套件，幫助加快設計和評估。

表1 安森美半導體的車(chē)載充電方案概覽

電動(dòng)/混動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域中的一項新興技術(shù)是48 V雙電壓架構輕度混合動(dòng)力汽車(chē) (MHEV) 系統，該系統能提供全混合動(dòng)力汽車(chē)的許多燃油經(jīng)濟性益處，而成本和復雜度比傳統燃油車(chē)僅稍微增加。安森美半導體提供廣泛的中壓功率MOSFET分立器件和模塊陣容及先進(jìn)的內核封裝技術(shù)用于48 V應用，滿(mǎn)足48 V雙電壓系統中48 V鋰離子電池組、集成式起動(dòng)發(fā)電機 (ISG) 或皮帶起動(dòng)發(fā)電機 (BSG) 、48 V負載、12 V電池、12 V負載等各子系統的不同功率需求和電壓等級。

電動(dòng)/混動(dòng)汽車(chē)中的電動(dòng)增壓器、交流壓縮機、電動(dòng)助力轉向 (EPS) 、減搖、散熱風(fēng)扇、液壓泵、空調壓縮機和PTC加熱器等子系統需要用到高壓輔助電源方案。安森美半導體的汽車(chē)高壓ASPM模塊采用直接覆銅 (DBC) 封裝實(shí)現超低熱阻 (<0.37 K/W) ，并集成IGBT（具有優(yōu)化的門(mén)極驅動(dòng)）、高速HVIC和豐富的保護特性，具備集成度高、外形緊湊、確保175°C的結溫、出色的強固性、超長(cháng)的使用壽命、設計周期及裝配流程短、通過(guò)汽車(chē)認證等優(yōu)勢，比分立方案更緊湊，且散熱性更好，并提供強大的隔離電壓，整體性?xún)r(jià)比也得以提升。650 V ASPM@27系列和1200 V ASPM@34系列，分別針對400 V以下的電池系統和電池電壓略高但低于800 V的場(chǎng)合。

車(chē)身電子及內部

車(chē)身控制模塊 (BCM) 已成為當今輕型車(chē)輛的信息管理和通信中心。這些模塊管理車(chē)身電子及車(chē)內各種負載，包括車(chē)窗/門(mén)/鏡/座椅/照明/車(chē)載空調控制及遠程無(wú)匙進(jìn)入等應用，同時(shí)在過(guò)程中提供診斷功能，并為電動(dòng)機提供驅動(dòng)功能 (DC, PWM) ，從而取代了現有的機電繼電器。安森美半導體提供廣泛的預驅動(dòng)器、步進(jìn)電機驅動(dòng)器、門(mén)極驅動(dòng)器、SmartFET和車(chē)載網(wǎng)絡(luò )方案陣容，具備高能效、高可靠性等優(yōu)勢。

當今的車(chē)載空調系統不再是機械控制。對提高能效、舒適度和性能的需求推動(dòng)了暖通空調 (HVAC) 系統采用更精密的技術(shù)和電子器件。各種傳感器的多個(gè)輸入和乘客需求要求控制不同類(lèi)型的電機。安森美半導體提供各種直流電機驅動(dòng)器、無(wú)刷直流電機 (BLDC) 驅動(dòng)器、步進(jìn)電機驅動(dòng)器、門(mén)極驅動(dòng)器及車(chē)載網(wǎng)絡(luò )方案，使HVAC控制模塊更高效。

總結

作為全球前10大汽車(chē)半導體供應商之一，安森美半導體提供全面的方案用于自動(dòng)駕駛、汽車(chē)功能電子化、傳統電力總成、照明和車(chē)身電子，利用在汽車(chē)感知、功率器件等領(lǐng)域的專(zhuān)知不斷開(kāi)發(fā)出創(chuàng )新的方案，包括領(lǐng)先的功率模塊和先進(jìn)的SiC方案等，推進(jìn)邁向自動(dòng)駕駛、汽車(chē)功能電子化/電動(dòng)汽車(chē)的進(jìn)程，并遵守嚴格的質(zhì)量標準，致力于零缺陷、零排放、零事故、零死亡和零分心，同時(shí)積極和行業(yè)多個(gè)生態(tài)合作伙伴攜手建立生態(tài)系統，幫助開(kāi)發(fā)人員解決設計挑戰，使未來(lái)的汽車(chē)更智能、安全、舒適、環(huán)保和節能。