中國新一代汽車(chē)電子的兩大設計趨勢

如今的汽車(chē)市場(chǎng)正受到經(jīng)濟危機的沖擊，與此同時(shí)，提高安全性能和綠色環(huán)保這兩大趨勢也驅動(dòng)著(zhù)新一代汽車(chē)的發(fā)展，并指引著(zhù)汽車(chē)廠(chǎng)商生產(chǎn)出與消費者的意向最相符、具有差異化特性的下一代汽車(chē)。

對經(jīng)濟的預期，使得消費者對汽車(chē)新功能的需求首先以安全為導向。能夠保障司機、乘客和行人安全，有效降低事故發(fā)生的高級安全系統，比如無(wú)需增加太多成本的先進(jìn)駕駛輔助系統，將是一個(gè)快速增長(cháng)汽車(chē)電子領(lǐng)域，并對汽車(chē)的差異化設計產(chǎn)生重要影響。除了安全氣囊等被動(dòng)安全系統外，未來(lái)越來(lái)越多的汽車(chē)還將采用基于視覺(jué)的主動(dòng)安全系統，包括后視系統、車(chē)道偏離告警系統、司機注意力告警系統、前燈控制系統、防碰撞系統以及能夠在各種照明條件下檢測并分辨物體的自動(dòng)巡航控制系統等。

為降低能耗和減少溫室氣體的排放，對汽車(chē)的綠色環(huán)保設計要求日益迫切。除了利用許多傳統技術(shù)使汽車(chē)更加符合環(huán)保要求外，各種汽車(chē)能源的替代形式，無(wú)論是替代燃料(如甲醇、乙醇等)汽車(chē)，還是混合動(dòng)力(油電組合)汽車(chē)(HEV)或純電動(dòng)汽車(chē)(EV)，都已成為汽車(chē)廠(chǎng)家的最優(yōu)先考慮設計項目。

本文重點(diǎn)關(guān)注汽車(chē)安全和綠色環(huán)保設計趨勢，討論實(shí)現這些功能的關(guān)鍵設計挑戰，并分享領(lǐng)先汽車(chē)半導體廠(chǎng)商的獨特觀(guān)點(diǎn)及最新解決方案。

可視安全監控系統

具有高動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器，再加上功能強大的處理器、DSP、FPGA、圖像傳感器和復雜算法，正在開(kāi)創(chuàng )汽車(chē)視覺(jué)系統的新時(shí)代車(chē)。比如，后視攝像系統上的警告符號通過(guò)變化大小和顏色來(lái)提醒司機注意檢測最近物體。注意力告警系統可以使用裝在司機門(mén)上和中央控制臺上的紅外攝像機來(lái)記錄和分析司機的眼睛運動(dòng)，并在司機的眼睛合上的時(shí)間超過(guò)正常眨眼的時(shí)間時(shí)發(fā)出聽(tīng)得見(jiàn)、看得到的告警。車(chē)道偏離告警系統使用攝像機來(lái)監視道路標志線(xiàn)之間的車(chē)輛位置。

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

OmniVision是為基于視覺(jué)的汽車(chē)系統提供圖像傳感器的領(lǐng)先供應商，提供廣泛的汽車(chē)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，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用，比如360度全景應用提供100萬(wàn)像素傳感器(OV9715)的公司。這種傳感器能實(shí)現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)安全系統中，除了攝像頭外，還有一個(gè)主要的元件就是高速雷達。飛思卡爾半導體汽車(chē)電子工程經(jīng)理康曉敦介紹道：“隨著(zhù)圖像傳感器技術(shù)，比如CCD技術(shù)的提高，可視系統在硬件方面已沒(méi)有太多難度，主要是軟件策略及算法方面還存在一些挑戰。高速雷達就不同了，由于主動(dòng)安全系統要求很高的速度(現在的標準是77GHz)，所以需要用先進(jìn)的半導體技術(shù)來(lái)設計新的器件來(lái)滿(mǎn)足要求?！?/P>

飛思卡爾正在采用硅鍺(SiGe)技術(shù)來(lái)設計77GHz毫米波雷達的射頻(RF)芯片，主要面向車(chē)間距控制系統及預防碰撞安全系統等的車(chē)間距檢測用途。與使用砷化鎵(GaAs)技術(shù)的毫米波雷達射頻芯片相比，這種芯片的成本預計要低50%。

汽車(chē)視覺(jué)系統需要采用數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(chē)設計的要求是高性能、低功耗、有競爭力的成本和高度互聯(lián)的器件。我們專(zhuān)門(mén)針對汽車(chē)市場(chǎng)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(hù)能夠將一種設計拓展成幾個(gè)實(shí)現方案?！盇DI技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理詹柯表示。

Blackfin架構的目標應用是基于視覺(jué)的ADAS，SHARC架構的目標應用是基于雷達的領(lǐng)域。此外， ADI公司提供汽車(chē)安全系統中所用的運動(dòng)感應微機電系統(MEMS)慣性加速度計和陀螺儀。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(chē)安全氣囊系統。

此外，在設計駕駛輔助系統應用時(shí)，除了要考慮采用高集成度和低功耗的元器件時(shí)，還應當同時(shí)注重可靠性?！耙驗檫@類(lèi)系統所做出的操作決定，關(guān)乎車(chē)內外人員的人身安全，所以隨著(zhù)汽車(chē)中使用的電子裝置越來(lái)越多，廠(chǎng)商必須仔細挑選有助于開(kāi)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(chǎng)總監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節點(diǎn)工藝，是可達到135°C結溫的FPGA器件。隨著(zhù)工藝尺度縮小，半導體芯片中的晶體管數目越來(lái)越多，閾值下的漏電流也越來(lái)越突出，因而熱耗散也越來(lái)越大，而ProASIC3 FPGA則不存在這類(lèi)問(wèn)題，因而可用于極為關(guān)鍵的應用中，如溫度和或可靠性考量均極為重要的各種引擎罩下應用。

另一個(gè)汽車(chē)安全應用是防盜裝置。防盜裝置也將引入視覺(jué)系統，這也是面向汽車(chē)安全應用的圖像傳感器的另一個(gè)新開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。Inayat Khajasha對此場(chǎng)景進(jìn)行了簡(jiǎn)單描述：如果一個(gè)未經(jīng)授權的人試圖開(kāi)車(chē)，防盜裝置將采集圖像甚至是視頻，并將這些信息發(fā)送給中心監控站。此外，如果有人破車(chē)而入，防盜裝置還將提醒車(chē)主。