安森美半導體的汽車半導體方案使汽車更智能、安全、環(huán)保和節(jié)能

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

圖1 傳感器融合的自動駕駛

提供高品質(zhì)的汽車方案有超過五十年的歷史，并為未來的汽車提供整體方案

自2010年以來，安森美半導體付運給汽車客戶的汽車半導體產(chǎn)品達1,300億個。2019年，全球每生產(chǎn)一輛汽車約用到安森美半導體的器件數(shù)超過230顆。此外，安森美半導體也致力推動零缺陷的品質(zhì)文化，以每十億顆器件中的缺陷數(shù)衡量的領(lǐng)先市場的質(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、點火IGBT全球稱冠，而在汽車功率MOSFET和分立IGBT也是全球第二大供應(yīng)商。

安森美半導體迄今為先進駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 應(yīng)用付運了超過1.2億顆圖像傳感器，且付運超過4億顆汽車傳感器，當中有的已經(jīng)在路上行駛超過13年。未來的汽車將結(jié)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)，且隨著共享車的興起和自動駕駛的發(fā)展，要求汽車不僅可靠而且可信，功能安全變得至關(guān)重要，加之車聯(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，為汽車艙內(nèi)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/自動駕駛方案

ADAS/自動駕駛是實現(xiàn)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(tǒng)中的主要技術(shù)。例如，安森美半導體提供的圖像傳感器，用在自動駕駛系統(tǒng)上，每小時可有望挽救9條生命，每年累計可有望挽救81000條生命。自動駕駛從L1到L5的逐級提升，傳感器的數(shù)量和種類都不斷地增加。未來的汽車可定義為架在四個輪子上、具有極其強大感知能力的計算機。其越來越豐富、全面、強大的感知系統(tǒng)將遠超人類的感知速度和反應(yīng)，包括ADAS攝像頭、倒車攝像頭、環(huán)視360度、監(jiān)控、電子車鏡、駕駛員監(jiān)控、乘務(wù)員監(jiān)控、超聲波、毫米波雷達和激光雷達等，能夠分分秒秒、時時刻刻不間斷地監(jiān)控周圍環(huán)境，從而實現(xiàn)更安全的駕駛。安森美半導體為整個汽車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，以及其它車規(guī)級器件如二極管、低壓降穩(wěn)壓器 (LDO) 、電源管理IC等和車載網(wǎng)絡(luò)及先進的汽車照明方案，從而為客戶提供一站式的服務(wù)以及最優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計方案。

汽車成像可分成專門給人眼看的和給機器視覺使用的，在提供給人眼觀察的部分，如駕駛員、乘客、后視、環(huán)視、電子后視鏡，成像挑戰(zhàn)包括：真實世界經(jīng)常面對寬動態(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40年的悠久歷史(主要通過并購)，具備2000多項成像方面的專利，尤其在全球汽車成像市場占>60%的市場份額，提供從VGA至1200萬像素完整的產(chǎn)品線、寬動態(tài)范圍 (HDR) +減少LED閃爍 (LFM) 傳感器架構(gòu)、優(yōu)化的色彩濾波陣列 (CFA) 、通過時間和路測認證的寬動態(tài)，第四代ISO26262/汽車功能安全等級C級 (ASIL C) 、全球首款具有網(wǎng)絡(luò)安全功能的圖像傳感器（如具有市場最高的寬動態(tài)效果的Hayabusa系列），解決上述挑戰(zhàn)。

在汽車感知部分，也就是給人工智能和機器視覺用的感知系統(tǒng)，安森美半導體占全球>80%的市場份額，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(tǒng)的雪崩光電二極管 (APD) 相比，SiPM的增益是APD的1萬倍，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LiDAR落地對傳感器的需求。安森美半導體提供車規(guī)單點SiPM、線陣1x12、1x16 SiPM，其最新的Pandion 單光子雪崩二極管 (SPAD) 400×100面陣，將來完全可以實現(xiàn)有深度信息的圖像。

毫米波雷達在不同的自動駕駛級別有不同的應(yīng)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層級的自動駕駛，比競爭對手多一倍的通道，節(jié)省50%的mmIC器件、減少優(yōu)化控制器、線路板，降低總成本。

智能座艙也越來越受到重視，包括駕駛員的識別、調(diào)車椅的位置、空調(diào)的溫度、用戶喜歡的電臺和乘客監(jiān)控，設(shè)計挑戰(zhàn)包括：車內(nèi)受限的空間及攝像頭尺寸、光線條件對汽車成像的嚴苛要求、系統(tǒng)成本等，安森美半導體和合作伙伴一起開發(fā)了0.5×0.5cm3非常小型的攝像頭，放在車里乘客、駕駛員基本上都不會看得到，并具備極佳的紅外響應(yīng)和全局快門效率，全面的產(chǎn)品線從VGA至200萬像素，提供完整的智能座艙方案和生態(tài)系統(tǒng)。

圖3 安森美半導體為汽車功能電子化提供全面的方案

電動汽車/汽車功能電子化方案

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

牽引逆變器是電動汽車動力總成的關(guān)鍵部分，負責將高壓電池 (350-800 VDC) 的直流電壓轉(zhuǎn)換為三相交流正弦電流的交流電壓，進而旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電機并驅(qū)動車輛前進。該模塊的性能影響到車輛的整體能效，包括加速和駕駛里程。安森美半導體提供高能效、穩(wěn)定可靠且具成本競爭優(yōu)勢的牽引逆變器方案及先進的封裝技術(shù)，包括分立IGBT、SiC MOSFET、隔離門極驅(qū)動器和創(chuàng)新的VE-Trac系列模塊，以助力增加電動汽車的行駛里程，從而幫助提高電動汽車的市場占有用率。VE-Trac系列模塊包括VE-Trac Dual和VE-Trac Direct，提供領(lǐng)先市場的電氣和熱性能，同時為迅速增長的牽引逆變器市場提供可擴展性和汽車可靠性。其中，VE-Trac Dual是雙面散熱模塊，適用于從80 kW到300 kW應(yīng)用，提供最低的每kW成本，具有可擴展，低雜散電感的優(yōu)點，VE-Trac Direct以創(chuàng)新和可靠的壓合引腳直接替代現(xiàn)有的傳統(tǒng)產(chǎn)品。對于800 V電池電動汽車系統(tǒng)，SiC MOSFET提供優(yōu)于硅的開關(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，確保低電容和門極電荷。這些特性帶來了系統(tǒng)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/混動汽車可通過直流充電樁或普通的交流電源插座對其高壓電池子系統(tǒng)進行充電，車載充電器 (OBC) 是交流充電的核心系統(tǒng)。安森美半導體提供眾多的超級結(jié)MOSFET、IGBT、門極驅(qū)動等產(chǎn)品，并針對在電動汽車電池和建筑物或電網(wǎng)之間進行雙向充電 (V2X) 等趨勢和功率等級及占位面積等挑戰(zhàn)推出集成SiC的混合IGBT、SiC MOSFET、汽車功率模塊 (APM) ，應(yīng)用于車載充電的PFC、DC-DC、整流、輔助電源、驅(qū)動等各個功率級，提高能效、性能、功率密度，減小損耗和占位空間，同時積極擴展現(xiàn)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開發(fā)套件，幫助加快設(shè)計和評估。

表1 安森美半導體的車載充電方案概覽

電動/混動汽車領(lǐng)域中的一項新興技術(shù)是48 V雙電壓架構(gòu)輕度混合動力汽車 (MHEV) 系統(tǒng)，該系統(tǒng)能提供全混合動力汽車的許多燃油經(jīng)濟性益處，而成本和復雜度比傳統(tǒng)燃油車僅稍微增加。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的內(nèi)核封裝技術(shù)用于48 V應(yīng)用，滿足48 V雙電壓系統(tǒng)中48 V鋰離子電池組、集成式起動發(fā)電機 (ISG) 或皮帶起動發(fā)電機 (BSG) 、48 V負載、12 V電池、12 V負載等各子系統(tǒng)的不同功率需求和電壓等級。

電動/混動汽車中的電動增壓器、交流壓縮機、電動助力轉(zhuǎn)向 (EPS) 、減搖、散熱風扇、液壓泵、空調(diào)壓縮機和PTC加熱器等子系統(tǒng)需要用到高壓輔助電源方案。安森美半導體的汽車高壓ASPM模塊采用直接覆銅 (DBC) 封裝實現(xiàn)超低熱阻 (<0.37 K/W) ，并集成IGBT（具有優(yōu)化的門極驅(qū)動）、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(jié)溫、出色的強固性、超長的使用壽命、設(shè)計周期及裝配流程短、通過汽車認證等優(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，整體性價比也得以提升。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(tǒng)和電池電壓略高但低于800 V的場合。

車身電子及內(nèi)部

車身控制模塊 (BCM) 已成為當今輕型車輛的信息管理和通信中心。這些模塊管理車身電子及車內(nèi)各種負載，包括車窗/門/鏡/座椅/照明/車載空調(diào)控制及遠程無匙進入等應(yīng)用，同時在過程中提供診斷功能，并為電動機提供驅(qū)動功能 (DC, PWM) ，從而取代了現(xiàn)有的機電繼電器。安森美半導體提供廣泛的預(yù)驅(qū)動器、步進電機驅(qū)動器、門極驅(qū)動器、SmartFET和車載網(wǎng)絡(luò)方案陣容，具備高能效、高可靠性等優(yōu)勢。

當今的車載空調(diào)系統(tǒng)不再是機械控制。對提高能效、舒適度和性能的需求推動了暖通空調(diào) (HVAC) 系統(tǒng)采用更精密的技術(shù)和電子器件。各種傳感器的多個輸入和乘客需求要求控制不同類型的電機。安森美半導體提供各種直流電機驅(qū)動器、無刷直流電機 (BLDC) 驅(qū)動器、步進電機驅(qū)動器、門極驅(qū)動器及車載網(wǎng)絡(luò)方案，使HVAC控制模塊更高效。

總結(jié)

作為全球前10大汽車半導體供應(yīng)商之一，安森美半導體提供全面的方案用于自動駕駛、汽車功能電子化、傳統(tǒng)電力總成、照明和車身電子，利用在汽車感知、功率器件等領(lǐng)域的專知不斷開發(fā)出創(chuàng)新的方案，包括領(lǐng)先的功率模塊和先進的SiC方案等，推進邁向自動駕駛、汽車功能電子化/電動汽車的進程，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，同時積極和行業(yè)多個生態(tài)合作伙伴攜手建立生態(tài)系統(tǒng)，幫助開發(fā)人員解決設(shè)計挑戰(zhàn)，使未來的汽車更智能、安全、舒適、環(huán)保和節(jié)能。