2015：工業(yè)與汽車電子展望

摘要：通過走訪部分電機驅(qū)動、汽車電子、測試測量的領(lǐng)先廠商，展望了相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http：//wwww.eepw.com.cn/article/267421.htm

關(guān)鍵詞：電機驅(qū)動；汽車電子；測量；MCU；FPGA

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2015.1.002

電機驅(qū)動的關(guān)鍵詞：高效、一對多和遠程控制

縱觀2014年，電機控制的發(fā)展速度雖然不像消費品那樣迅猛，但是一直在不斷進步，比如近兩年大熱的FOC控制和家電變頻化，以及因傳感器的一些弊端引發(fā)的無傳感器控制需求，業(yè)界都有很強烈的興趣。

Microchips公司16位單片機產(chǎn)品部產(chǎn)品營銷經(jīng)理ErlendurKristjansson指出，在接下來幾年，采用梯形波或6步逆變器控制的BLDC電機正轉(zhuǎn)向依靠無傳感器磁場定向控制（FOC）的永磁同步電機（PMSM）。隨著對能源效率關(guān)注度的增加，電機首當其沖成為了改進的目標，因為它們的耗電量幾乎達到了全球的一半。全球數(shù)百萬家庭中，電冰箱、空調(diào)和循環(huán)泵等應(yīng)用都有電機：而這些電機幾乎一刻不停地運轉(zhuǎn)著。改進這些電機的效率，延長其使用壽命可降低污染、節(jié)省金錢。使用無傳感器FOC來控制電機需要更加復(fù)雜的數(shù)學算法，進而提高了對性能的要求。它還要求更多模擬功能，如運放、PGA或是ADC的多路同時采樣，以測量相電流。

飛思卡爾半導(dǎo)體公司的業(yè)務(wù)擴展經(jīng)理李唐山：電機驅(qū)動面臨的技術(shù)上挑戰(zhàn)比較多，比如在無傳感器的情況下使用FOC，尤其是啟動前沒有反電動勢的存在，控制系統(tǒng)無法知道目前轉(zhuǎn)子的位置，所以啟動過程一般是直接開環(huán)拉起再逐步測量切入閉環(huán)，這種方式的失敗率偏高，在工業(yè)領(lǐng)域一般難以接受。也可以用高頻注入法等方式來獲取大概的轉(zhuǎn)子位置，再進行細分調(diào)節(jié)，這又需要更高的MCU性能。

還有低速的問題，變頻家電要求夜晚超低速，轉(zhuǎn)速越低反電動勢越低，反饋信號的波動也越大，如何在低速情況下保持對電機的快速準確控制一直是個很具挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。

隨著系統(tǒng)的復(fù)雜程度增加，需要用單個芯片控制多個電機，比如三合一的變頻空調(diào)，壓縮機風機和交錯式PFC的控制都由一塊MCU完成，這就需要MCU性能強大并且配有相對完整的參考代碼，因為交錯式PFC雖然節(jié)約空間但是控制要更加復(fù)雜，PFC的控制又必須不能打擾兩個電機的控制，只能見縫插針來進行。

另外，因為IoT的發(fā)展，遠程調(diào)試的需求也逐漸出現(xiàn)，強大數(shù)據(jù)處理能力的MCU和靈活多變的針對不同類型馬達的自學習算法越來越重要。

在新產(chǎn)品方面，過去幾年間，Micro chip一直提供自帶運放的dsPIC數(shù)字信號控制器，以提供更好的系統(tǒng)集成和成本。這些運放具有10MHz的增益帶寬（GBW）。這一點很重要，因為分流電阻需要盡可能小才能使系統(tǒng)功耗和對電機電壓的影響均最小。這樣，分流電阻兩端電壓將比控制器中ADC的工作電壓范圍小很多。因此需要一個增益放大器來放大信號。然而，這會帶來這樣的問題，DSC中集成的運放的GBW會被縮小與增益相同的倍率。例如，若運放的GBW為5MHz，需要增益為10，那么最終增益放大器的GBW將為約500kHz。dsPICDSC允許客戶實現(xiàn)高增益的增益放大器來測量分流電流，并保持較高的動態(tài)響應(yīng)。

飛思卡爾針對電機驅(qū)動特性，特別推出了既有DSP核的FreescaleDSC，也有ARM核的電機專用KV系列，還有SV的KE系列，都適合電機控制的應(yīng)用。

此外，飛思卡爾的DSC系列性價比高，內(nèi)含很多靈活易用的外設(shè)模塊，適用于要求較高的電機控制應(yīng)用。KV系列分為MO+和M4兩個子系列，后續(xù)還將有M7核的系列加入KV系列。外設(shè)借鑒了DSC的部分設(shè)計，比如兩路硬件ADC的速度可以達到4.lMsps，在高速時仍然保證精度。KE系列特點是純SV和高魯棒性，比常見的3.3V系統(tǒng)更適合復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中。

環(huán)保、安全、智能是汽車電子的時尚旋律

根據(jù)咨詢公司Strategy Analytic近期的報告，2014年全球汽車產(chǎn)量預(yù)計達到8700萬輛，未來五年仍將保持穩(wěn)定的增速，龐大的產(chǎn)量表明人們的出行已越來越離不開汽車。如何使汽車更環(huán)保、更安全、更智能，是汽車行業(yè)共同努力的方向。對于普通的民眾而言，一輛智能、環(huán)保、娛樂功能豐富的汽車似乎越來越接近，特別是車聯(lián)網(wǎng)的概念出現(xiàn)，讓汽車變成了不僅僅局限于一個家庭的交通工具，更像是一個可以行駛的“家”。這些變化的出現(xiàn)都歸功于半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新。

在2015年，汽車電子廠商關(guān)注主要點是在智能、環(huán)保和安全。如何實現(xiàn)駕乘人員的便利性、保障車內(nèi)數(shù)據(jù)以及聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全性和完整性，并最終實現(xiàn)自動駕駛的最高境界：如何降低二氧化碳排放，需要清潔的內(nèi)燃機、高效的能源管理和電力驅(qū)動系統(tǒng)：如何被動安全向主動安全、可預(yù)防安全的方向發(fā)展。

英飛凌科技（中國）有限公司中國區(qū)汽車電子業(yè)務(wù)負責人徐輝表示：英飛凌未來汽車電子將在以下三個方面注重：

智能方面：英飛凌先進的半導(dǎo)體解決方案應(yīng)用于輔助駕駛的多個領(lǐng)域，包括自動泊車，側(cè)視輔助、變道輔助、自動緊急制動等，通過這些功能的一一實現(xiàn)，從而最終達成自動駕駛的目標。此外，隨著車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，車內(nèi)電子控制單元之間的通訊，車內(nèi)與車外內(nèi)容商、服務(wù)商的通訊，都要求保證通訊數(shù)據(jù)的安全、完整以及隱私。

環(huán)保方面：電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、胎壓監(jiān)測、48V起停系統(tǒng)方案都能有效地幫助節(jié)能減排。同時，英飛凌電機控制系統(tǒng)芯片能使發(fā)動機附件實現(xiàn)智能電氣化，車內(nèi)的泵類和電機只需根據(jù)需求而運轉(zhuǎn)，從而進一步降低二氧化碳排放。

安全方面：隨著汽車安全等級要求的不斷提升和高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等先進安全技術(shù)的發(fā)展，汽車安全系統(tǒng)對車用微控制器提出了更高的要求，包括更快的運算速度、更復(fù)雜的任務(wù)處理。

瑞薩電子在汽車電子領(lǐng)域，瑞薩憑借在汽車功能安全解決方案、車輛安全方面長期積累的技術(shù)和豐富經(jīng)驗，在全球汽車電子MCU市場擁有43%（2012）的份額，在先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、車載信息、車輛控制相關(guān)的動力傳動、底盤、安全、車身等領(lǐng)域都擁有世界一流的技術(shù)和產(chǎn)品解決方案。瑞薩電子推出的頂級汽車安全芯片RH850/PIX-C系列，屬于汽車級安全MCU，將功能安全技術(shù)、安全加密技術(shù)和汽車控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)整合在一塊芯片上，而這些技術(shù)是實現(xiàn)安全汽車控制的關(guān)鍵。為駕駛員輔助系統(tǒng)提供一體化解決方案，使無人駕駛成為可能。

測試平臺的模塊化、平臺化是大勢所趨

兼容最新技術(shù)、適應(yīng)最新的測控需求，一直是推動測試測量不斷發(fā)展的動力。隨著科技的發(fā)展，我們一部智能手機的運算能力已經(jīng)和1969年時，把宇航員送上月球的NASA計算機性能相當。這是因為最新的商業(yè)現(xiàn)成可用技術(shù)（包括總線技術(shù)、處理器技術(shù)、AD/DA轉(zhuǎn)換器技術(shù)、FPGA技術(shù)）受到摩爾定律影響，已經(jīng)在性能上遠遠超過了幾年、十幾年之前。

科技改變了我們的生活，而測試測量界也因為待測設(shè)備不斷的復(fù)雜化，對縮短上市時間、提高測試效率、縮減長期成本等提出了更高的挑戰(zhàn)。所以，測試平臺的模塊化、平臺化已經(jīng)成為了測試測量一個重要的發(fā)展趨勢。

NI資深工程師陳宇睿：軟件定義的模塊化平臺有其固有的優(yōu)點，以PXI平臺為例：第一，它一直可以融入最新的技術(shù)，所以我們看到了PXI平臺的處理器已經(jīng)使用了Intel第三代處理器技術(shù)、機箱基于PCIeGen-2技術(shù)、系統(tǒng)帶寬可以達到12GB/s，而PXI平臺上使用的也已經(jīng)是Xilinx最新的7系列FPGA技術(shù)；第二，軟件定義的平臺可以靈活的完成自定義的功能實現(xiàn)，從而滿足一些最前沿的設(shè)計驗證需求（如SG技術(shù)）和非標的高速自動化測試需求（如自定制ATE設(shè)備）；第三，當測試需求發(fā)生變化的時候，PXI平臺可以通過替換模塊的方式快速的通過進行升級，從而降低了長期成本。

FPGA可以給測試測量帶來更高的測試吞吐量、高確定性和可靠性，進行自定義的創(chuàng)新測試，以及縮減測試成本。而早在2003年，NI就看到了這些優(yōu)勢，將FPGA技術(shù)引入了PXI平臺。在2012年，NI發(fā)布了第一款軟件設(shè)計的儀器矢量信號收發(fā)儀（VST），無論是進行最新的通信網(wǎng)絡(luò)算法驗證，還是進行高速的射頻產(chǎn)線測試，我們只需要修改FPGA里面的代碼，就可以完成各種不同的射頻測試功能。