從機(jī)械到智能 硅技術(shù)引領(lǐng)汽車設(shè)計(jì)時(shí)代

　　現(xiàn)代汽車中的半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)品正在迅猛增加,消費(fèi)者對(duì)附加功能的需求正將汽車從一個(gè)以電氣系統(tǒng)為輔的機(jī)械系統(tǒng),變成一個(gè)沒有電子系統(tǒng)就無法正常運(yùn)行的機(jī)電系統(tǒng)。這一發(fā)展趨勢(shì)刺激了市場(chǎng)對(duì)優(yōu)質(zhì)、強(qiáng)大并具有成本效益的硅解決方案的需求。

　　過去,汽車工業(yè)更重視電氣系統(tǒng),而不重視電子系統(tǒng)。例如,照明系統(tǒng)過去經(jīng)常使用繼電器、熔斷器和電源開關(guān)作為主模塊設(shè)計(jì)。今天,ST的“智能”硅解決方案正將汽車工業(yè)引入一個(gè)嶄新的激動(dòng)人心的汽車設(shè)計(jì)時(shí)代。這場(chǎng)革新不僅發(fā)生在傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng),而且還涉及到機(jī)械系統(tǒng)?，F(xiàn)在幾乎沒有汽車制造商還在使用純粹的機(jī)械/電氣發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng),幾乎所有的現(xiàn)代設(shè)計(jì)都是利用微處理器的強(qiáng)大功能使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行得既高效又安靜,而且,還可以按照司機(jī)的要求輸出動(dòng)力。

　　隨著汽車工業(yè)對(duì)半導(dǎo)體依賴程度的提高,半導(dǎo)體供應(yīng)商不斷開發(fā)出新的技術(shù)和工藝,以滿足汽車工業(yè)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品的需求。這些進(jìn)步正將汽車引向一個(gè)成本和集成度都優(yōu)于今天的解決方案的汽車系統(tǒng)的理想目標(biāo)。不過,只能通過半導(dǎo)體供應(yīng)商與汽車工業(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(dǎo)體（ST）這樣的寬線產(chǎn)品的半導(dǎo)體供應(yīng)商已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了這種關(guān)系。本文探討了一些專門為汽車工業(yè)開發(fā)的半導(dǎo)體技術(shù),以及半導(dǎo)體供應(yīng)商與汽車制造商及其一級(jí)零部件供應(yīng)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

　　隨著汽車控制系統(tǒng)的復(fù)雜性日益提高,以及對(duì)乘座舒適性需求的提高,汽車制造商及半導(dǎo)體供應(yīng)商增加的投資超出了汽車市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度。快速的投資增長(zhǎng)和對(duì)半導(dǎo)體的重視,急需半導(dǎo)體供應(yīng)商提高產(chǎn)品功能,同時(shí)降低成本。

　　為了實(shí)現(xiàn)這些目的,汽車制造商及其一級(jí)零部件供應(yīng)商需要依賴像意法半導(dǎo)體一樣的半導(dǎo)體供應(yīng)商的專門技術(shù)和工藝,半導(dǎo)體供應(yīng)商為半導(dǎo)體器件輸入了專門的技術(shù),同時(shí),汽車制造商及其一級(jí)零部件供應(yīng)商也為系統(tǒng)提供了專門的技術(shù)。因此,一個(gè)優(yōu)良的交流模式對(duì)于汽車半導(dǎo)體產(chǎn)品開發(fā)是非常重要的。

　　傳統(tǒng)上,汽車工業(yè)的半導(dǎo)體產(chǎn)品開發(fā)是基于一個(gè)分層的交流模式,在這種模式下,半導(dǎo)體供應(yīng)商直接與一級(jí)零部件供應(yīng)商交流,而一級(jí)供應(yīng)商要分別與半導(dǎo)體供應(yīng)商和汽車制造商交流。因?yàn)橐患?jí)零部件供應(yīng)商在整車的某些特殊的系統(tǒng)開發(fā)上擁有專門的技術(shù),所以,這種交流模式對(duì)于閉路系統(tǒng)十分有效。不過,對(duì)于依靠汽車的其他系統(tǒng)幫助來執(zhí)行目標(biāo)功能的系統(tǒng)（開路系統(tǒng)）,汽車制造商的加入是十分重要的。這種方法是針對(duì)汽車工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)而產(chǎn)生的。由汽車制造商、一級(jí)零部件供應(yīng)商和半導(dǎo)體供應(yīng)商組成的集團(tuán)叫做財(cái)團(tuán)。財(cái)團(tuán)采用圓桌會(huì)議的方法在成員之間建立交流渠道,汽車工業(yè)正在享受這一結(jié)果帶來的好處。

　　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

　　自晶體管問世以來,硅開關(guān)技術(shù)經(jīng)歷了全面的發(fā)展,不過,硅技術(shù)局限性意味著在高可靠和惡劣環(huán)境中（如汽車）,晶體管的應(yīng)用將會(huì)受到限制。在硅技術(shù)無法應(yīng)用的領(lǐng)域,機(jī)電繼電器則是一個(gè)成本低廉的開關(guān)解決方案。

　　現(xiàn)在,新的硅技術(shù)正在改變傳統(tǒng)的觀念。先進(jìn)的硅技術(shù),如意法半導(dǎo)體開發(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(nèi)部的智能技術(shù)含量。這種技術(shù)允許開發(fā)智能程度更高的用戶友好的應(yīng)用,例如,無需熔斷器的智能前大燈控制器,以及智能車窗升降應(yīng)用,這種升降機(jī)無需特殊傳感器就能檢測(cè)到夾在車窗的物體,如手或嬰兒的頭。

　　意法半導(dǎo)體開發(fā)出了很多在單一半導(dǎo)體器件內(nèi)集成系統(tǒng)功能的硅技術(shù),這種技術(shù)允許控制電路與場(chǎng)效應(yīng)MOS驅(qū)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(tǒng)解決方案。

　　VIPower硅結(jié)構(gòu)允許設(shè)計(jì)一個(gè)低Rdson（通態(tài)電阻）的開關(guān)器件,這樣,使用少量的半導(dǎo)體器件,就可以驅(qū)動(dòng)較大的負(fù)載,如直流電機(jī)、電磁閥和車燈。意法半導(dǎo)體正在設(shè)計(jì)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工業(yè)創(chuàng)造的獨(dú)特產(chǎn)品,會(huì)以更低的成本實(shí)現(xiàn)更高的功能和更佳的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　當(dāng)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載的汽車系統(tǒng)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(tǒng)確定正確的半導(dǎo)體分布的內(nèi)部設(shè)計(jì)方面,意法半導(dǎo)體擁有專門的技術(shù)和豐富的經(jīng)驗(yàn)。為融合一級(jí)零部件供應(yīng)商的專門系統(tǒng)技術(shù)和汽車制造商開發(fā)的每一臺(tái)汽車平臺(tái)的專門技術(shù),利用一個(gè)隨時(shí)可用的強(qiáng)大框架,以確保汽車具有異的質(zhì)量和可靠性。

微控制器——更強(qiáng)的處理能力,更小的功耗

　　汽車系統(tǒng)的理想的微控制器應(yīng)具有強(qiáng)大的處理能力,同時(shí)電力功率消耗也應(yīng)很低。這是因?yàn)閮蓚€(gè)原因：使用微控制器的系統(tǒng)還有更多的任務(wù)要做;越來越多的新系統(tǒng)被增加到汽車制造商的汽車平臺(tái)上。

　　對(duì)于微控制器,性能提高意味著工作頻率提高,這就產(chǎn)生了電磁傳導(dǎo)系數(shù)（EMC）和電磁化系數(shù)（EMS）問題。為了滿足汽車EMC和EMS嚴(yán)格的需求,半導(dǎo)體設(shè)計(jì)商在優(yōu)化微控制器的電路和布局上花費(fèi)了巨大的人力和物力,開發(fā)出了能夠滿足并超出汽車環(huán)境要求的微控制器產(chǎn)品。

　　硬件平臺(tái)

硬件平臺(tái)

　　微控制器核心只是微控制器的一部分,微控制器的外設(shè)組合、封裝尺寸和引腳也很重要。例如,控制車身電子系統(tǒng)的微控制器可能需要一對(duì)精確的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、16位定時(shí)器、自動(dòng)裝載脈寬調(diào)制（PWM）輸出、連接外圍組件的串口（SPI）、K線和LIN等通信用串行通信接口（SCI）,甚至還包括直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的專用電機(jī)控制輸出（常用于儀表線束）。

　　通過與一級(jí)零部件供應(yīng)商和汽車制造商密切合作,意法半導(dǎo)體已經(jīng)有能力運(yùn)用獨(dú)有的硅技術(shù)及工藝,開發(fā)高集成度的可以用于汽車平臺(tái)多個(gè)系統(tǒng)的微控制器家族。

　　軟件平臺(tái)

軟件平臺(tái)