标签: 汽车传感器

汽车芯片按其功能可分为控制类（MCU和AI芯片）、功率类、传感器和其他（如存储器）四种类型。市场基本被国际巨头所垄断。人们常说的汽车芯片是指汽车里的计算芯片，按集成规模可分为MCU芯片和AI芯片（SoC芯片）。功率器件集成度较低，属于分立器件，主要包括电动车逆变器和变换器中的IGBT、MOSFET等。传感器则包括智能车上的雷达、摄像头等。 一、车规级MCU芯片 车规级MCU芯片是汽车电子控制单元（ECU）的重要组成部分，广泛用于车内几十种次系统中，如悬挂、气囊、门控等，是汽车电子系统内部运算、处理的核心。MCU芯片按照CPU一次处理数据的位数分为8、16和32位MCU。 （1）8位MCU：具有简单耐用、低价的优势，提供低端控制功能，如风扇控制、空调控制、雨刷、天窗、车窗升降、低端仪表板、集线盒、座椅控制、门控模块等。 （2）16位MCU：提供终端控制功能，用于动力系统和底盘控制系统，如引擎控制、齿轮与离合器控制和电子式涡轮系统、悬吊系统、电子式动力方向盘、扭力分散控制和电子泵、电子刹车等。 （3）32位MCU：工作频率最高，处理能力、执行效能更好，应用也更广泛，价格也在逐渐降低；提供高端控制功能，在实现L1和L2的自动驾驶功能中扮演重要角色。 据统计，每辆传统汽车平均用到70颗以上MCU，智能电动汽车则超300颗。不过随着整车电子架构的集中化趋势加速，单车MCU的用量和种类也将出现“缩减”。MCU的性能将进一步提升，高端MCU将逐渐替代部分低端MCU的需求。 二、AI芯片 AI芯片是未来智能化汽车的“大脑”。这类芯片一般是一种集成了CPU、图像处理GPU、音频处理DSP、深度学习加速单元NPU以及内存和各种I/O接口的SOC芯片，不同于以CPU运算为主的MCU。在汽车中，主要在智能座舱和自动驾驶两个方面使用SoC芯片。 未来智能座舱所代表的“车载信息娱乐系统＋流媒体后视镜＋抬头显示系统＋全液晶仪表＋车联网系统＋车内乘员监控系统”等多重体验，都将依赖于智能座舱的SoC芯片。 自动驾驶芯片是指可实现高级别自动驾驶的SoC芯片，通常具有“CPU+XPU”的多核架构。L3及以上的车端中央计算平台需要达到500+TOPS的算力，仅具备CPU处理器的芯片无法满足这一需求。自动驾驶的SoC芯片上通常需要集成除CPU之外的一个或多个XPU来进行AI运算。用于AI运算的XPU可以选择GPU/FPGA/ASIC等。 GPU、FPGA和ASIC在自动驾驶AI运算领域各有优势：CPU通常是SoC芯片的控制中心，其优点在于调度、管理、协调能力强，但计算能力相对有限。而对于AI计算，人们通常使用GPU/FPGA/ASIC进行加强：1)GPU适合数据密集型应用进行计算和处理，尤其擅长处理CNN/DNN等图形类机器学习算法。2)FPGA对RNN/LSTM和强化学习等顺序类机器学习算法具有明显优势。3)ASIC是面向特定用户算法需求设计的专用芯片，具有体积更小、重量更轻、功耗更低、性能提高、保密性增强以及成本降低等优点。 三、功率器件 功率半导体器件是用于电力转换和控制的半导体器件。其典型应用场景包括变频、变压、变流、功率放大和功率管理等，主要类型为IGBT和MOSFET。在具体应用上，燃油车一般使用低压MOSFET，其衬底材料为Si。相比之下，BEV对功率器件的性能要求更高，IGBT和高压MOSFET更为主流。 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种全控型电压驱动的大功率电力电子器件，由双极性晶体管（BJT）和绝缘栅场效应管（MOS）组成。IGBT的特点是兼具了BJT的导通电压低、通态电流大、损耗小和MOS的开关速度高、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单等优点。在电动汽车中，IGBT的应用主要集中在三个方面：首先，在电控系统中，IGBT模块将直流转换为交流，驱动汽车电机（电控模块）；其次，在车载空调控制系统中，负责小功率直流/交流逆变，该模块的工作电压不高，单价相对也低一些；最后，在充电桩中，IGBT模块被用作开关使用。 IGBT最常见的形式是模块，主要由IGBT芯片、FWD芯片、主端子、辅助端子、浇注封装材、绝缘基板、金属基、树脂外盖和树脂外壳等组成。多个芯片以绝缘方式组装到金属基板上，采用空心塑壳封装，与空气的隔绝材料是高压硅脂或者硅脂，以及其他可能的软性绝缘材料。 ​ 从功能安全角度来看，IGBT模块具有以下优点：（1）多个IGBT芯片并联，使得IGBT的电流规格更大；（2）多个IGBT芯片按照特定的电路形式组合，如半桥、全桥等，可以减少外部电路连接的复杂性；（3）多个IGBT芯片处于同一个金属基板上，等于是在独立的散热器与IGBT芯片之间增加了一块均热板，工作更可靠；（4）模块中多个IGBT芯片之间的连接与多个分立形式的单管进行外部连接相比，电路布局更好，引线电感更小。因此，模块的外部引线端子更适合高压和大电流连接。 四、传感器类芯片 汽车传感器主要分为两大类，一类是车辆感知传感器，包括速度/位置传感器、低/中压压力传感器、高压传感器、加速度传感器、角速度传感器、磁力计和温度传感器。另一类是环境感知传感器，包括氧、气体传感器、车载摄像头、超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达。 ​ 传感器类芯片 五、存储器 汽车传感器存储器分为闪存和内存，其中闪存包括NANDFlash和NORFlash，内存包括DRAM和SRAM。随着智能化的发展，ADAS和信息娱乐系统产生的数据将不断增加，根据CounterpointResearch的估计，未来十年，单车存储容量将达到2TB-11TB。

2013年12月26日——汽车传感器市场领导者英飞凌科技股份公司携同代理商晶川电子和安富利电子在深圳成功举办了“英飞凌伺服技术研讨会”。 此次活动不仅邀请到本土电机、编码器、控制器业内精英，如：国内著名电机专家——哈工大李铁才教授、国内一流编码器生产厂商——禹衡光学副总设计师王忠杰先生、英飞凌——哈工大联合实验室的苏健勇博士等，为现场近百名工程师介绍了目前全球领先的伺服电机设计理念及编码器的应用与趋势。同时，英飞凌的资深专家就英飞凌微控制器XMC4000在伺服应用中的独特之处及其优质的伺服评估套件的性能等与参会者进行了深入的技术交流。 2013英飞凌伺服技术研讨会圆满落幕 英飞凌一直致力于与本土企业合作与研发。 会议上，英飞凌与国内知名编码器厂商——禹衡光学联合发布了英飞凌XMC4000微控制器凭借其创新的USIC单元在物理层上顺利支持BISS协议，而以往用户大多通过FPGA或CPLD来实现BISS通信。目前，禹衡光学开发的带BISS接口的高品质编码器和以XMC4000为主控制器的伺服控制器用于实现高效无缝通讯。 国内要想提高伺服技术的设计水平，必须在控制器、编码器和电机这几个关键领域整体提高。此次研讨会交流了电机、编码器、控制器等多种技术，为半导体芯片与产业深度链接开创了先河，开拓了伺服控制器厂家的视野。参会者反响热烈，期待英飞凌今后举办更多技术创新与行业发展相结合的研讨会。 XMC4000家族介绍: XMC4000家族是英飞凌基于ARM Cortex-M4内核的32位单片机家族。在伺服控制应用中，英飞凌XMC家族特色外设集更是凸显了其强大优势和为客户带来的便利性。特色外设之一的Delta-Sigma解调器模块（简称DSD），配合外部调制芯片即可获得高精度的旋变位置信号，比使用专用旋变芯片方案的整体成本有很大的减少，整个PCB布板和软件都更加优化；位置接口模块（简称POSIF）支持增量式/绝对式编码器接口，POSIF与CCU4(PWM生成模块)的组合，可实现基本的位置和速度的获取，也可用于位置监测、相邻脉冲或脉冲和中断之间的时间检测等无限种可能的应用。 英飞凌XMC4000中的通用串行通讯模块（简称USIC）是目前业界唯一支持BISS协议的串行通讯接口且提供免费的BISS协议底层驱动程序。目前业界ARM Cortex-M4内核产品中，只有XMC4000家族提供-40---125oC宽工作温度范围的产品。 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载