汽车电子业“钟意”什么样的系统级设计?| 智慧产品圈

原创 李映 2017-10-30
标签 智慧汽车

  汽车工业正面临一波前所未有的大机遇,环保、安全和智能等关键主题不断形塑变革,成为变革“主力”的汽车半导体亦躬逢其盛。据Strategy Analytics 预测,2017年每辆汽车半导体价值约为324美元,并且增势强劲。然而正如德州仪器(TI)全球汽车系统业务总监Heinz-Peter Beckemeyer所言,汽车半导体的创新赋能远不止于单颗的芯片或传感器,更多的挑战来自周边模拟器件的整合,以及新的系统级设计的开发。

  新走势引发新命题

  ADAS已俨然成为自动驾驶的第一个“小目标”,ADAS方案的车辆感测、智能和控制技术的发展旨在为自动驾驶铺平道路。

  “不仅这带来大量摄像头、毫米波雷达的需求,引发越来越多的摄像头数据与主机的连接、传感器的融合,车内还衍生出越来越多的ECU,以及不同电子控制单元的连接,这要求系统具备更复杂的数据处理能力、模拟链路能力以及信号传输等能力。”德州仪器(TI)全球汽车系统业务总监Heinz-Peter Beckemeyer表示。

  车身电子也在新一轮“升级”中“添加”更多的智能和控制。“这包括交互式人机界面(HMI)、手势和语音控制、自动变光镜和天窗的光学感应以及背光LED等。” Heinz-Peter Beckemeyer提到,“对车身设计来说,最大的挑战是快速、轻松地改进系统,以满足其不断变化的特征和要求,而无需检修相关子系统和减缓设计周期。”

图:TI全球汽车系统业务总监Heinz-Peter Beckemeyer 和TI中国区汽车事业部总经理沈源

与之相辅相成的是汽车照明系统也在走向更复杂更有效和创新的照明系统。Heinz-Peter Beckemeyer指出,从静态白炽灯和HID灯泡转向动态LED照明,需重新考虑传统汽车大灯和后灯的功能和设计挑战,包括提高可靠性、防止过热、延长寿命等。


  对于一直注重体验升级的汽车信息娱乐系统,Heinz-Peter Beckemeyer认为下一代系统正在通过集成娱乐、多媒体和信息功能,以创建交互式和联网体验。因而挑战在于要在汽车内传输大量数据,并要保证安全,不仅需要驱动集成功能的高性能处理器,而且还需要保证实现安全性的连接。

  系统级方案组合应对

  面对这些行进路上的“障碍”,TI认为应对之策要从整体的系统架构上考量,采用互补的模拟、嵌入式处理和无线连接技术构建的系统方案才能激发创新,成全使命。

  针对ADAS市场,TI运用在嵌入式处理和模拟技术的经验,帮助厂商实现跨平台系统设计需求。据了解,最新的方案是具有MIPI CSI-2输出的四摄像头集线器,开发人员可同时连接4个130万像素的摄像头,每个摄像头使用FPD-Link连接到四端口解串器。该设计还允许连接其他类型传感器,用于传感器融合用途。而另一个具有集成ISP和DVP输出的四摄像头集线器设计,可使多达4个130万像素摄像头连接到ADAS SoC模块,但通过将四个摄像头输入组合为两个并行视频端口来简化系统,可应用于未来越发复杂的传感器环境下的系统设计简化。


  而用于汽车车身控制模块的多路开关检测接口(简称MSDI)也“身兼数职”。TI中国区汽车事业部总经理沈源分析说,汽车有越来越多的开关需要去检测,比如车灯、车窗是开还是关等,如果MCU一直工作去检测,功耗将非常大。MSDI可监控多达54个信号的各种信号类型,通过数字接口将开关状态传送给MCU,需要时才唤醒MCU动作,不工作时MCU处在休眠状态,整体可让系统功耗降低98%。


  而TI开发的汽车照明精密PWM调光LED驱动器也创建了具有成本竞争力的解决方案。据悉,其应用脉宽调制(PWM)来减少外部汽车照明系统,无需MCU,但精度优于2%占空比,该设计的输入级经EMI/EMC滤波,可直接由车载电池供电。

  信息娱乐系统越来越需要搭建与智能手机之间无缝的互动体验,这包括通过媒体集线器方便地传输数据和为所有USB支持的智能设备充电。TI具有充电和增强数据路径性能的汽车被动媒体集线器参考设计,是一种USB Type-C参考设计,不仅可进行充电,还可从容地将手机、电脑、平板中的音/视频内容在汽车主机上显示。

  动力系统追求电气化

  动力系统一直是汽车业“进化”的核心所在。Heinz-Peter Beckemeyer表示,使更多动力传动系统实现电气化成重要趋势,电动机控制、电源管理和传感技术的革新将使电气系统更为精确和高效。

  “因而,解决方案一方面着眼于可扩展解决方案,以及更加智能的车载充电器和充电站,满足更快的充电体验;另一方面要更快地安全地提供电力,减少故障的发生并提前诊断,实现更高效的电力转换。” Heinz-Peter Beckemeyer认为要两路并发。

  随着电动汽车续航里程对快速充电的要求越来越高,汽车电流会显著提升,因而精密电流感测在动力总成应用中至关重要。沈源介绍,通常非线性、温度漂移和并联容差导致精度差。TI通过使用市场领先的电流并联监测器和信调理器来解决这些问题,开发的汽车并联±500A精密电流感测参考设计在混合动力和电动汽车(HEV/EV)电池管理汽车参考设计中可实现在宽温度范围内的<0.2%FSR的精度。


  Heinz-Peter Beckemeyer还分析说,随着更先进的功能和技术被添加到车辆中,对电力的需求也日益增高,未来汽车里会逐步考虑48V系统。TI最新开发的用于12V/48V汽车系统的四相双向直流-直流转换器开发平台,使用两个电流控制器和一个MCU就可进行功率级控制。


  “48V系统全球诸多厂商业已采用,最有效地是其可以让原有电池降低负担,同时对电源线缆的要求也会大大降低,从而可以用更细、更轻的电缆实现同样能源的传输,大幅降低能耗。” Heinz-Peter Beckemeyer说,“48V系统对车厂来说是巨大挑战,因为后续的能耗设备都需重新设计,这也不是短期内可以完成的。但随着业界越来越重视能耗,48V系统已是大势所趋。”

  可以看出,这些解决方案均是TI面对汽车业的新走势新需求而“量身定制”的,反映了在汽车领域已经耕耘35年的TI的魄力和实力。Heinz-Peter Beckemeyer介绍,2016年TI在汽车业务营收已占到总营收18%,而2013年这个数字还仅是12%。如今,TI有超过2000多个汽车领域产品,拥有超过100种汽车参考设计,可为汽车电子系统的发展提供全方位的支持。随着汽车市场不断迎来新的产业变革,将为TI进一步加码汽车市场添下浓墨重彩。

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