汽車電子：信息娛樂升溫，追求安全節能

汽車電子市場火熱

汽車電子功能豐富

賽迪顧問的行業電子咨詢事業部總經理袁遠認為，近兩年來，汽車電子化發展的趨勢愈加明顯。汽車電子已經成為眾多新車上市過程中重點宣傳的亮點，從一鍵式啟動、實時導航、智能泊車、移動辦公到豐富的網絡信息服務，汽車電子的生活化正在逐步影響著整車消費。

對于車身電子而言，電動座椅、區域溫控空調、自適應前車燈等新產品將隨著消費者對于車輛舒適性的追求不斷提升，并實現普及率的不斷提高。空調、儀表等傳統產品升級較快，數字化儀表、自動空調等產品提高了IC在產品成本中的比重。2011年，汽車儀表用集成電路(IC)市場銷售額達到12.3億元，在車身電子市場中的份額達到22.3%。

從空間發展來看，全球汽車和汽車零部件制造向中國轉移的趨勢并未改變，中國將成為全球汽車電子產品產銷大國，汽車電子研發也將逐步向中國轉移。從產業結構來看，產品制造業比重將逐步降低、軟件、系統集成、工業設計、測試、信息服務等行業將迅速發展，Intel(英特爾)、IBM、中國移動等其他行業巨頭將逐步向汽車電子領域和汽車信息服務領域滲透，產業綜合性將不斷提升。

中國汽車半導體市場

IHS iSuppli分析師劉慶認為，中國汽車市場經過2009、2010的快速增長，市場已趨飽和。隨后的2011年受多種不利因素的影響，整個輕型汽車銷售量的增長跌落到3.1%，預計2012年在7% 左右。中國汽車市場已經進入成熟消費市場階段，單就轎車而言就有上百種品牌。

長期以來，汽車電子半導體市場幾乎是外資公司的天下，2011中國區銷售前五大公司分別是ST、瑞薩、Freescale，NXP(恩智浦)和 Infineon(英飛凌)。各家在汽車電子市場各有側重，比如汽車娛樂應用方面，ST、Renesas(瑞薩)和NXP是主要器件供應商。ST、瑞薩和Freescale 的微控制器(MCU)在汽車電子中被廣泛使用。而功率器件以及電源管理就要數ST和Infineon。外資在汽車半導體方面的優勢是長期產品開發和應用經驗的積累，新進者想要短期突破是很難的。

2011年車載娛樂應用占整個中國汽車電子半導體器件銷售額50%以上。車載導航的出現使得汽車電子有了新的增長點，與3G網絡的結合更使得無限車載娛樂功能成為可能。不斷集成的車載娛樂方案給駕駛員和乘車者以更好的體驗。但在面臨成本壓力時，汽車設計商、硬件供應商以及第三方開發出具有前瞻性、較長生命周期的產品，利用網絡升級的便利條件，不失為降低成本的方法。基于車內、車外互聯互通的Telematics(遠程信息處理)能夠為消費者提供更多，更安全，更便捷的服務。未來的車載娛樂就是一個系統工程，它涉及到車廠、硬件供應商和第三方服務，這既是挑戰，也是機遇。

中國汽車市場進入了調整期，車載娛樂系統從單個產品的競爭將會演變為價值鏈的競爭和應用模式的競爭。車用系統IC的供應商不僅要注重產品的性能和價格，同時要設計出更加靈活的產品以兼容不同的方案和各種需求，實現車內、車外、車與駕駛員之間的無縫連接。

眾廠商談汽車電子趨勢

當前汽車電子的發展趨勢用六個字來總結，就是：安全、舒適、節能。富士通半導體公司產品經理丁潔早稱，在汽車中高端市場，更強調汽車的安全和舒適系統，需要更加時尚的HMI(人機界面)設計，比如車距保持系統，智能燈光控制系統，全景輔助駕駛系統，信息娛樂系統等。低端市場更注重節能省油和低成本。

中國汽車市場的國際化注定了對汽車系統特別是電子系統的相關標準和要求的提高，同時對半導體元器件的要求也水漲船高，筆者認為，這也是目前半導體元器件主要是跨國公司的產品的原因。

高集成度、智能化、冗余設計、高安全特性將是半導體未來的發展方向。英飛凌科技(中國)有限公司汽車電子事業部高級總監徐輝指出，由于電器設備功率密度越來越高，電控單元的尺寸越來越小，對單芯片方案的需求越來越多。同時由于功能安全標準ISO26262對系統提出了更高的安全要求，因此相應的IC必須配置更加豐富的安全特性。

安全

安全氣囊與MEMS

隨著消費者安全意識的提高，傳統的被動安全系統越來越受到重視，比如安全氣囊的裝車率持續增加，并且側安全氣囊、安全氣簾和腿部的安全氣囊也會在越來越多的車型中配備。

對于安全氣囊和電子穩定系統來說，一個顯而易見的趨勢是車輛安裝的氣囊平均數量在快速增加，同時標配ESC(電子穩定系統)的車型在不斷增多。ADI公司汽車電子戰略市場部應用經理沈飛指出，由此帶來的電子系統數量和規模在不斷擴充，尤其需要更多的MEMS傳感器來感測碰撞的不同部位以及車身姿態。

因此，需要更多的MEMS加速度傳感器和壓力傳感器來感測碰撞的不同部位。根據安裝位置不同，需要的信號量程和頻率響應也不同。這對傳感器芯片廠家提出了更高要求。同時，用多種傳感器的融合來降低系統復雜度和系統成本，也是另一個趨勢。在主動安全領域，需要MEMS加速度傳感器和角速度傳感器來感測車身姿態。同時，這樣的傳感器往往安裝在振動比較惡劣的位置，所以需要傳感器具有很高的振動沖擊抵御性。這是對MEMS傳感器的一個挑戰。

輔助駕駛

在輔助駕駛領域，ENCAP已經引入了相應系統的加分項，國內標準也在快速跟上。這個領域將帶來雷達、視覺信號處理芯片的又一增長驅動。對于半導體廠商來說，由于系統的核心是通過視覺或者雷達技術檢測車輛行駛狀態以及周圍的環境信息，經 DSP處理，然后采取相應的措施。有的只是警報駕駛員，有的則采取一些干預駕駛的措施如剎車等。由于主動安全的核心是信號的采集和處理，所以這對半導體廠商在模擬技術、高頻技術以及數字處理方面有很高的要求。

Intersil產品市場經理Jonpaul Jandu稱，用于高性能、用戶界面、顯示器和智能通訊的安全方案很重要，例如駕駛輔助應用——如倒車影像顯示(RCD)，以避免倒車事故。

主動安全涵蓋更廣

英飛凌徐輝介紹道，主動安全系統將會是未來法規和車型配置的發展方向，如胎壓檢測(TPMS)、主動防撞、車道偏移報警、盲點監測、電子助力轉向、電子駐車制動系統、車輛穩定系統等等。其中TPMS推薦標準已經實施。此外，旨在提高道路車輛功能安全的國際標準ISO26262于2011年底正式頒布，現已受到行業的廣泛關注。國內許多整車廠和Tier 1(汽車零部件供應商)已經開始開展相關研究，同時國家相關標準也在討論和制定中。

另外，車燈系統和許多行車法規有直接聯系，如白天行車燈、轉向燈、尾燈、剎車燈。未來對這些燈的失效檢測和保護，都將成為必備功能。

凌力爾特公司混合信號產品部產品市場經理Alison Steer認為，使電氣系統保持正常運作變得日益重要起來。在如今的汽車里，用于控制從輪胎壓力到電動車窗等各項功能的微控制器(MCU)數目超過了50個。現在，消費者對于計算機控制型汽車的依賴程度越來越高，而且針對可靠性的要求也達到了前所未有的水平。當這些組件發生輕微故障時，會造成車主的不方便和抱怨，而且修理費用可能十分昂貴。而嚴重的故障則有可能危及人的生命。

接入控制系統的增長快于汽車市場本身

“就中國市場而言，接入控制系統市場的成長速度會快于汽車市場本身的增長速度。” 恩智浦半導體汽車電子事業部全球銷售與市場副總裁Drue Freeman解釋道，“因為目前，中國本土多數汽車還沒有采用自動鎖死技術，市場對安全和防盜的需求高漲。”

汽車接入控制系統的主要趨勢是：遠程免鑰匙進入(RKE)和自動鎖死技術的集成。NXP目前可為汽車自動鎖死系統提供RFID(射頻識別)應答器和閱讀器，以及可將RKE功能集成到汽車自動鎖死應用中的相關IC。

HB LED車燈對驅動器提出要求

凌力爾特公司電源產品部產品市場總監Tony Armstrong稱，高密度氣體放電(HID)燈和高亮度 (HB) LED前照燈都將對白熾燈泡的統治地位產生沖擊。然而，由于HID燈的生產制造成本昂貴，因此一直僅限于高檔車輛應用。因此，HB LED車前燈在未來的十年中將擁有最高的增長率。

對于汽車照明系統設計人員而言，他們面臨的最大障礙之一是怎樣優化這種最新一代LED所擁有的全部特性與優勢。由于LED通常需要一個準確和高效的電流源以及一種進行調光的方法，因此必須設計能在各種各樣的工作條件下滿足上述要求的LED 驅動器 IC。此外，其電源解決方案也必須高效、堅固和可靠，同時具備非常緊湊的外形結構以及成本效益性。

特別是在驅動HB LED的場合，通過運用一種可同時滿足輸入電壓范圍以及所需輸出電壓和電流要求的轉換拓撲結構，LED驅動器IC必須要能夠提供適合諸多不同類型LED 配置的足夠電流和電壓。因此，在理想的情況下，HB LED驅動器IC應具有以下主要特點：

寬輸入/輸出電壓范圍—高達100V；

高效轉換—效率高達 98%；

嚴格調節的LED電流匹配—在整個溫度范圍內匹配誤差小于2%。

車載娛樂占半壁江山

智能汽車有三階段

英特爾中國區嵌入式及消費電子事業部嵌入式英特爾架構產品市場經理劉榮稱，IT與汽車將逐漸融為一體，智能汽車將在未來成為現實。智能汽車的發展將經歷三個主要的發展階段。

第一階段，主要集中于駕駛訴求的滿足，例如位置服務、實時播報動態路況、線路規劃、輔助查詢、旅游信息等；安全安防，安裝防盜監控，緊急救援等；維修維護，定期進行油耗提醒，車輛運行檔案等級，預約維護保養等。

第二階段即保障駕乘安全階段，車里的顯示屏會清晰地顯示駕乘人員所需的內容，車身會有更多的傳感器監控周圍的環境；車載信息娛樂系統能夠顯示出全面的車況信息：車內溫度、濕度、一氧化碳含量、胎壓檢測報告，甚至汽車方圓一公里以內的路面狀況都可盡在掌握之中。

第三階段即基于網絡服務的階段，英特爾稱之為“聯網汽車”階段。在這一階段，汽車與汽車之間，汽車與手機、電腦、加油站等設備之間，甚至汽車與人之間都將進行更加自然的交互與溝通。

汽車互聯需要高安全性

恩智浦堅信，汽車互聯將為駕馭體驗帶來更高的安全性、更多的便捷以及更好的定制娛樂體驗。恩智浦將遠程信息技術和car-to-x (汽車對多應用) 通信技術，以及面向汽車門禁、近距離無線通信 (NFC)和多標準數字廣播接收的無線技術帶到了汽車行業。此外，所有這些接口必須確保安全，能有效杜絕黑客攻擊和操縱，同時還須保護隱私。

車載信息與舒適性重要

ADI認為，在信息娛樂領域，消費者對信息性和舒適性越來越重視，汽車不僅要有強大的導航儀器，方便召開移動會議的旋轉座椅，更渴望有如家用高保真級別的音視頻體驗，因而會帶動高保真音頻轉換CODEC(編/解碼器)、音效處理DSP(數字信號處理器)等器件的進一步發展。例如，音視頻轉換處理IC需要具備更高的模擬信號表現、更高的信號處理能力，來提升系統音視頻體驗，但同時還需要保證較高的成本優勢。這是這一領域的特殊需求。

具體來說，富士通半導體公司產品經理丁潔早認為，在車載娛樂方面，人機界面(HMI)會越來越受到消費者的重視，消費者會更重視人機的互動，而不是簡單的系統狀態信息輸出；顯示系統也會從傳統的TN/STN屏幕逐漸轉向TFT屏；在未來幾年，3D的用戶界面也很有可能被廣泛采用。

Intersil認為顯示和計算產品值得關注，例如使駕駛員、乘員和車輛與基礎設施(抬頭顯示“HUD”、媒體、導航等)保持聯絡。Intersil的高集成度LCD控制器/處理器等產品和SerDes技術非常適用于這類應用。

節能環保

節能及提升效率的方案

英飛凌的徐輝指出，在環保方面，節能減排，尤其是降低CO ₂ 的排放是核心趨勢之一，在歐洲已經是法規。針對這個趨勢，越來越多的車廠將提高發動機效率，減少電器設備能耗作為主要手段。

因此，發動機缸內直噴技術(GDI)將會進一步普及，輕型混和技術在未來的5~10年將是主要的技術方向，如主動式起停控制(STARTSTOP)。

起停控制功能將從現在的手動式變為內置主動式，用戶不再手動開啟此功能，系統將根據車輛運行情況自動開啟，如在等待紅燈時，系統關閉發動機；而綠燈時，系統自動啟動發動機。由于發動機需要頻繁啟動，現有的繼電器將無法適應，配電盒的半導體化將是發展方向。用智能半導體器件代替繼電器，不但可以提高開關次數，減少器件損耗，還可以實現診斷和保護功能，提高系統可靠性。

車內感性負載，如電動機、電磁閥，將由現在的簡單開關控制方式向脈寬調制(PWM)轉變，甚至從現在的支流有刷電機向三相無刷電機轉變。通過此種變化，將可以把現有的電機控制效率從不足40%提高至70%~80%，甚至90%。

新能源汽車的電池管理系統

凌力爾特認為，混合動力汽車和全電動汽車中，隨著電池越來越多地被用作電源，同樣需要最大限度地延長其有效使用壽命。電池電量失衡(構成電池組的各電池單元之充電狀態的失配)是大型鋰電池組所存在的一個問題，其產生根源在于制造工藝、工作條件及電池老化方面的偏差。業界的共識是：當制作大型電池組時，仍然需要進行電池電量測量和電池電量平衡以保持高電池容量，從而獲得長久的電池組使用壽命。在這一應用領域，凌力爾特的電池管理系統 (BMS) 產品系列受到了用戶的歡迎，而這是目前在汽車應用中已投產和在路上行駛的唯一BMS產品。

Intersil也認為，良好的電源和電池管理產品可以減少CO ₂ 排放、優化燃油經濟性、傳動系統和部件的電氣化(EPS)、節省重量(電子制動、EPAS)等。該公司的多單元均衡(MCB)產品可幫助電動/混合動力車實現安全和準確的電池管理。

FPGA以快速、靈活見長

A l te ra公司汽車產品線經理Michael Hendricks認為，當今的汽車電子系統設計人員面臨的三個主要挑戰是：更快的開發周期、靈活的解決方案和功能安全。

二十年前，汽車領域的技術創新落后于消費領域5～8年。今天，汽車技術創新甚至開始領先于消費領域。

汽車OEM難以處理的問題是經濟性和供給現實——不同的車輛有數百種模型和選擇。OEM現在認識到需要基于靈活平臺的模塊化系統設計方法，能夠在多種車輛模型或者等級(例如，入門、中端、高端和豪華)上進行定制。

相應地， IC的特點呈現如下趨勢：更快的開發周期、靈活的解決方案，而FPGA能夠滿足此要求。因為FPGA的優點在于它非常靈活，降低了風險，產品能夠更快面市，而且降低了總成本。隨著設計復雜度的提高，FPGA、ASIC和ASSP/MCU設計流程變得非常相似，最終，FPGA工藝并不需要經歷物理設計、設計規則收斂、投片和制造等過程，而ASIC則需要這些過程。而且，對FPGA進行硬件修改非常直觀，而ASSP和MCU設計不支持這一功能。

賽靈思(Xilinx)汽車營銷和產品規劃高級經理Kevin Tanaka也認為，靈活的系統集成的趨勢有助于提高設計生產力和系統性能，降低整體系統功耗和材料成本。目前，賽靈思正把其在傳統FPGA產品上的優勢擴展至“All Programmable”平臺，以實現更高的系統集成度和高靈活性。All Programmable產品/平臺既可滿足當今汽車顯示對高清視頻和圖形系統的需求，又可滿足大批量駕駛員輔助(DA)和駕駛員信息(DI)系統對低成本數字信號處理功能、以及更高帶寬的要求，從而避免了昂貴而復雜的連線，并為多種車載網絡標準提供穩健可靠的支持，實現車載信息娛樂(IVI)系統各組件的協同工作。在此系統中，FPGA往往被用作處理器的協同芯片，提供更多連接或硬件加速功能，以滿足客戶所需。

部分廠商的產品方案

Intersil

Intersil提供用于LCD面板的許多關鍵部件(即伽瑪緩沖器、LED控制器、電平轉換器、PMIC、環境光傳感器)以及高度集成的視頻處理器，和能夠利用任何類型視頻/圖像源(模擬或數字)并直接驅動LCD本身的單芯片解決方案(TW88xx產品家族)。

凌力爾特

凌力爾特的 LT4363 高電壓浪涌抑制器用一款簡單的IC和MOSFET解決方案取代了眾多組件，可將低電壓電路與具有破壞性的電壓尖峰和浪涌電流隔離開來。這種堅固的前端保護允許使用成本較低的下游 DC/DC 穩壓器。

Altera

Altera提供多種汽車級器件，包括Cyclone系列FPGA、MAX II CPLD，以及即將面市的Cyclone V SoC FPGA，它支持基于ARM的硬核處理器系統。功能安全方面，Altera是唯一在產品、IP、工具和工具流方面通過了IEC 61508功能安全認證的FPGA供應商。

賽靈思

推出了XA Spartan-6器件、全面的駕駛員輔助系統解決方案、車載信息娛樂協同芯片及駕駛員信息系統等。Zynq-7000擴展處理平臺(EPP)系列產品采用了基于ARM雙核Cortex-A9 MPCore處理器，是完整SoC，并集成了28nm可編程邏輯，可通過串行和并行處理引擎之間的最佳分區，支持高性能圖形處理(如ADAS)應用等。未來，賽靈思的All Programmable 28nm器件同Vivado設計套件和IP將進行組合，縮短開發時間。

NXP

NXP推出了基于NFC的互聯汽車鑰匙。提供從多標準數字廣播接收技術到car-to-x通信技術。擁有遠程信息技術——蜂窩技術與GPS定位的結合。在加密和驗證芯片領域，為了確保汽車互聯的安全性，恩智浦可以為汽車提供與信用卡和電子護照同等級別的安全保護。

ADI

新一代的MEMS加速度傳感器和角速度傳感器在內部集成了眾多的系統功能，比如自測、信號頻率設定、門限觸發、對振動的優良抵御等等。在輔助駕駛領域，ADI發布了全新的BF60x系列DSP，可同時運行5個前視視覺功能，比如車道偏離報警、自動大燈、交通標識識別、行人檢測、前方碰撞預警。在高端汽車音響的音頻DSP方面，SigmaDSP和Sharc DSP，以及配套的圖形化、模塊化設計工具SigmaStudio，可以根據每個車型的車內空間以及所配的喇叭做系統匹配，以達到最佳狀態。

富士通半導體

針對電動汽車的主驅動馬達控制推出了最新的32位MB91580系列MCU，此系列MCU內部集成了RDC模塊。在車載多媒體和娛樂方面，針對中低端的應用，富士通推出了多種高性價比的方案，例如基于MB9G711的無CD車載音響方案，基于MB91590的中央信息顯示(CID)方案，等等。針對高端的應用，富士通的OmniView系統解決方案提供了真實3D的360度環視系統，比傳統的2D鳥瞰系統更直觀、更安全。

英飛凌

安全方面，英飛凌積極與第三方權威認證機構緊密合作，推出了PRO-SIL的安全平臺，能夠很好的支持客戶滿足ISO26262的要求。PROSIL包括Tricore以及安全監控芯片CIC61508。

英特爾

英特爾凌動E600系列采用標準的處理器互連接口。它集成了英特爾凌動處理器內核、內存控制器中樞、圖形引擎和視頻引擎，并將首次允許設備廠商開發與PCI Express*兼容的設備，使該設備直接與芯片相連，從而讓嵌入式應用更加靈活自如；高度集成的單芯片解決方案所帶來的靈活性，有助于在嵌入式應用中降低材料消耗，節省板卡空間。