從機械到智能 硅技術(shù)引領(lǐng)汽車(chē)設計時(shí)代

　　現代汽車(chē)中的半導體技術(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(chē)從一個(gè)以電氣系統為輔的機械系統,變成一個(gè)沒(méi)有電子系統就無(wú)法正常運行的機電系統。這一發(fā)展趨勢刺激了市場(chǎng)對優(yōu)質(zhì)、強大并具有成本效益的硅解決方案的需求。

　　過(guò)去,汽車(chē)工業(yè)更重視電氣系統,而不重視電子系統。例如,照明系統過(guò)去經(jīng)常使用繼電器、熔斷器和電源開(kāi)關(guān)作為主模塊設計。今天,ST的“智能”硅解決方案正將汽車(chē)工業(yè)引入一個(gè)嶄新的激動(dòng)人心的汽車(chē)設計時(shí)代。這場(chǎng)革新不僅發(fā)生在傳統的電氣系統,而且還涉及到機械系統?，F在幾乎沒(méi)有汽車(chē)制造商還在使用純粹的機械/電氣發(fā)動(dòng)機控制系統,幾乎所有的現代設計都是利用微處理器的強大功能使發(fā)動(dòng)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(dòng)力。

　　隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)對半導體依賴(lài)程度的提高,半導體供應商不斷開(kāi)發(fā)出新的技術(shù)和工藝,以滿(mǎn)足汽車(chē)工業(yè)對半導體產(chǎn)品的需求。這些進(jìn)步正將汽車(chē)引向一個(gè)成本和集成度都優(yōu)于今天的解決方案的汽車(chē)系統的理想目標。不過(guò),只能通過(guò)半導體供應商與汽車(chē)工業(yè)相關(guān)的行業(yè)的密切合作才能取得這些進(jìn)步,像意法半導體（ST）這樣的寬線(xiàn)產(chǎn)品的半導體供應商已經(jīng)認識到了這種關(guān)系。本文探討了一些專(zhuān)門(mén)為汽車(chē)工業(yè)開(kāi)發(fā)的半導體技術(shù),以及半導體供應商與汽車(chē)制造商及其一級零部件供應商的合作關(guān)系在這一成功中所發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

　　合作模式

　　隨著(zhù)汽車(chē)控制系統的復雜性日益提高,以及對乘座舒適性需求的提高,汽車(chē)制造商及半導體供應商增加的投資超出了汽車(chē)市場(chǎng)的增長(cháng)速度?？焖俚耐顿Y增長(cháng)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(shí)降低成本。

　　為了實(shí)現這些目的,汽車(chē)制造商及其一級零部件供應商需要依賴(lài)像意法半導體一樣的半導體供應商的專(zhuān)門(mén)技術(shù)和工藝,半導體供應商為半導體器件輸入了專(zhuān)門(mén)的技術(shù),同時(shí),汽車(chē)制造商及其一級零部件供應商也為系統提供了專(zhuān)門(mén)的技術(shù)。因此,一個(gè)優(yōu)良的交流模式對于汽車(chē)半導體產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是非常重要的。

　　傳統上,汽車(chē)工業(yè)的半導體產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是基于一個(gè)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(chē)制造商交流。因為一級零部件供應商在整車(chē)的某些特殊的系統開(kāi)發(fā)上擁有專(zhuān)門(mén)的技術(shù),所以,這種交流模式對于閉路系統十分有效。不過(guò),對于依靠汽車(chē)的其他系統幫助來(lái)執行目標功能的系統（開(kāi)路系統）,汽車(chē)制造商的加入是十分重要的。這種方法是針對汽車(chē)工業(yè)標準系統而產(chǎn)生的。由汽車(chē)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(huì )議的方法在成員之間建立交流渠道,汽車(chē)工業(yè)正在享受這一結果帶來(lái)的好處。

　　硅技術(shù)進(jìn)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(wèn)世以來(lái),硅開(kāi)關(guān)技術(shù)經(jīng)歷了全面的發(fā)展,不過(guò),硅技術(shù)局限性意味著(zhù)在高可靠和惡劣環(huán)境中（如汽車(chē)）,晶體管的應用將會(huì )受到限制。在硅技術(shù)無(wú)法應用的領(lǐng)域,機電繼電器則是一個(gè)成本低廉的開(kāi)關(guān)解決方案。

　　現在,新的硅技術(shù)正在改變傳統的觀(guān)念。先進(jìn)的硅技術(shù),如意法半導體開(kāi)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部的智能技術(shù)含量。這種技術(shù)允許開(kāi)發(fā)智能程度更高的用戶(hù)友好的應用,例如,無(wú)需熔斷器的智能前大燈控制器,以及智能車(chē)窗升降應用,這種升降機無(wú)需特殊傳感器就能檢測到夾在車(chē)窗的物體,如手或嬰兒的頭。

　　意法半導體開(kāi)發(fā)出了很多在單一半導體器件內集成系統功能的硅技術(shù),這種技術(shù)允許控制電路與場(chǎng)效應MOS驅動(dòng)器安裝在一起,在與VIPower器件配合使用時(shí),可以形成一個(gè)系統解決方案。

　　VIPower硅結構允許設計一個(gè)低Rdson（通態(tài)電阻）的開(kāi)關(guān)器件,這樣,使用少量的半導體器件,就可以驅動(dòng)較大的負載,如直流電機、電磁閥和車(chē)燈。意法半導體正在設計將硅技術(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(chē)工業(yè)創(chuàng )造的獨特產(chǎn)品,會(huì )以更低的成本實(shí)現更高的功能和更佳的系統設計。

　　當設計驅動(dòng)外部負載的汽車(chē)系統時(shí),最重要的是了解使用硅器件的優(yōu)點(diǎn)和局限性。在為系統確定正確的半導體分布的內部設計方面,意法半導體擁有專(zhuān)門(mén)的技術(shù)和豐富的經(jīng)驗。為融合一級零部件供應商的專(zhuān)門(mén)系統技術(shù)和汽車(chē)制造商開(kāi)發(fā)的每一臺汽車(chē)平臺的專(zhuān)門(mén)技術(shù),利用一個(gè)隨時(shí)可用的強大框架,以確保汽車(chē)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(chē)系統的理想的微控制器應具有強大的處理能力,同時(shí)電力功率消耗也應很低。這是因為兩個(gè)原因：使用微控制器的系統還有更多的任務(wù)要做;越來(lái)越多的新系統被增加到汽車(chē)制造商的汽車(chē)平臺上。

　　對于微控制器,性能提高意味著(zhù)工作頻率提高,這就產(chǎn)生了電磁傳導系數（EMC）和電磁化系數（EMS）問(wèn)題。為了滿(mǎn)足汽車(chē)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(kāi)發(fā)出了能夠滿(mǎn)足并超出汽車(chē)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(chē)身電子系統的微控制器可能需要一對精確的模數轉換器（ADC）、16位定時(shí)器、自動(dòng)裝載脈寬調制（PWM）輸出、連接外圍組件的串口（SPI）、K線(xiàn)和LIN等通信用串行通信接口（SCI）,甚至還包括直接驅動(dòng)步進(jìn)電機的專(zhuān)用電機控制輸出（常用于儀表線(xiàn)束）。

　　通過(guò)與一級零部件供應商和汽車(chē)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(shù)及工藝,開(kāi)發(fā)高集成度的可以用于汽車(chē)平臺多個(gè)系統的微控制器家族。

　　軟件平臺

軟件平臺