汽车智能化、自动驾驶、电动汽车 / 汽车功能电子化等趋势的推进正使汽车变得更加安全、舒适、环保和节能,半导体是赋能这些创新的关键。作为全球前 10 大汽车半导体供应商之一,安森美半导体为自动驾驶、汽车功能电子化、传统动力总成、照明和车身电子提供全面的创新的汽车级半导体方案和技术,使汽车和驾驶员之间的关系更紧密、更安全、更高效,并致力于零缺陷、零排放,确保上路汽车的安全和让地球更加清洁。

 

提供高品质的汽车方案有超过五十年的历史,并为未来的汽车提供整体方案

自 2010 年以来,安森美半导体付运给汽车客户的汽车半导体产品达 1,300 亿个。2019 年,全球每生产一辆汽车约用到安森美半导体的器件数超过 230 颗。此外,安森美半导体也致力推动零缺陷的品质文化,以每十亿颗器件中的缺陷数衡量的领先市场的质量,且在图像传感器、超声波传感器接口、LED 前照灯、MOSFET 功率模块、点火 IGBT 全球称冠,而在汽车功率 MOSFET 和分立 IGBT 也是全球第二大供应商。

 

安森美半导体迄今为先进驾驶辅助系统 (ADAS) 应用付运了超过 1.2 亿颗图像传感器,且付运超过 4 亿颗汽车传感器,当中有的已经在路上行驶超过 13 年。未来的汽车将结合超声波、图像、激光雷达 (LiDAR) 、雷达、传感器融合、人工智能 (AI) 等多种技术,且随着共享车的兴起和自动驾驶的发展,要求汽车不仅可靠而且可信,功能安全变得至关重要,加之车联网的普及,网络安全也尤为重要。安森美半导体具备全面的感知技术并注重功能安全和网络安全,为汽车舱内感知和外部感知提供完整又可信的方案。

 

ADAS/ 自动驾驶方案

ADAS/ 自动驾驶是实现零事故、零死亡和零分心的核心技术,而各种传感器是这些系统中的主要技术。例如,安森美半导体提供的图像传感器,用在自动驾驶系统上,每小时可有望挽救 9 条生命,每年累计可有望挽救 81000 条生命。自动驾驶从 L1 到 L5 的逐级提升,传感器的数量和种类都不断地增加。未来的汽车可定义为架在四个轮子上、具有极其强大感知能力的计算机。其越来越丰富、全面、强大的感知系统将远超人类的感知速度和反应,包括 ADAS 摄像头、倒车摄像头、环视 360 度、监控、电子车镜、驾驶员监控、乘务员监控、超声波、毫米波雷达和激光雷达等,能够分分秒秒、时时刻刻不间断地监控周围环境,从而实现更安全的驾驶。安森美半导体为整个汽车提供全面的智能感知方案,包括成像、超声波、毫米波雷达、激光雷达和传感器融合,以及其它车规级器件如二极管、低压降稳压器 (LDO) 、电源管理 IC 等和车载网络及先进的汽车照明方案,从而为客户提供一站式的服务以及最优化的系统设计方案。

 

图 1:传感器融合的自动驾驶

 

汽车成像可分成专门给人眼看的和给机器视觉使用的,在提供给人眼观察的部分,如驾驶员、乘客、后视、环视、电子后视镜,成像挑战包括:真实世界经常面对宽动态情景(>120 dB),温度范围超大的极端条件(-40 °C 至+105 °C),LED 交通灯 / 标志灯闪烁难以辨别。在成像传感器行业,安森美半导体有超过 40 年的悠久历史(主要通过并购),具备 2000 多项成像方面的专利,尤其在全球汽车成像市场占>60%的市场份额,提供从 VGA 至 1200 万像素完整的产品线、宽动态范围 (HDR) +减少 LED 闪烁 (LFM) 传感器架构、优化的色彩滤波阵列 (CFA) 、通过时间和路测认证的宽动态,第四代 ISO26262/ 汽车功能安全等级 C 级 (ASIL C) 、全球首款具有网络安全功能的图像传感器(如具有市场最高的宽动态效果的 Hayabusa 系列),解决上述挑战。

 

在汽车感知部分,也就是给人工智能和机器视觉用的感知系统,安森美半导体占全球>80%的市场份额,而且还在逐年扩大。安森美半导体的激光雷达 (LiDAR) 基于硅光电倍增管 (SiPM) ,与传统的雪崩光电二极管 (APD) 相比,SiPM 的增益是 APD 的 1 万倍,灵敏度是 APD 的 2000 倍,工作电压要求低至 30V,一致性非常好,适合大批量生产,符合汽车 LiDAR 落地对传感器的需求。安森美半导体提供车规单点 SiPM、线阵 1x12、1x16 SiPM,其最新的 Pandion 单光子雪崩二极管 (SPAD) 400×100 面阵,将来完全可以实现有深度信息的图像。

 

图 2:安森美半导体 LiDAR 产品演示平台概览

 

毫米波雷达在不同的自动驾驶级别有不同的应用。安森美半导体的下一代毫米波雷达采用 MIMO+,能提供 4 维信息,用于 L3 层级的自动驾驶,比竞争对手多一倍的通道,节省 50%的 mmIC 器件、减少优化控制器、线路板,降低总成本。

 

智能座舱也越来越受到重视,包括驾驶员的识别、调车椅的位置、空调的温度、用户喜欢的电台和乘客监控,设计挑战包括:车内受限的空间及摄像头尺寸、光线条件对汽车成像的严苛要求、系统成本等,安森美半导体和合作伙伴一起开发了 0.5×0.5cm3 非常小型的摄像头,放在车里乘客、驾驶员基本上都不会看得到,并具备极佳的红外响应和全局快门效率,全面的产品线从 VGA 至 200 万像素,提供完整的智能座舱方案和生态系统。

 

电动汽车 / 汽车功能电子化方案

汽车功能电子化是节能减排和减少对石油的依赖的关键技术。受政府节能和环保法规以及新基建等一系列政策驱动,汽车正迅速迈向电动汽车发展。安森美半导体是汽车功能电子化的一个领袖,提供全面的方案包括先进的碳化硅 (SiC) 、IGBT、高压门极驱动器、高压整流器、超级结 MOSFET、高压 DC-DC 等,以及先进的封装技术如单 / 双面冷却和双面直接冷却封装,用于牵引逆变器、车载充电、48 V、辅助电机控制、高压负载等系统。

 

图 3:安森美半导体为汽车功能电子化提供全面的方案

 

牵引逆变器是电动汽车动力总成的关键部分,负责将高压电池 (350-800 VDC) 的直流电压转换为三相交流正弦电流的交流电压,进而旋转感应电机并驱动车辆前进。该模块的性能影响到车辆的整体能效,包括加速和驾驶里程。安森美半导体提供高能效、稳定可靠且具成本竞争优势的牵引逆变器方案及先进的封装技术,包括分立 IGBT、SiC MOSFET、隔离门极驱动器和创新的 VE-Trac 系列模块,以助力增加电动汽车的行驶里程,从而帮助提高电动汽车的市场占有用率。VE-Trac 系列模块包括 VE-Trac Dual 和 VE-Trac Direct,提供领先市场的电气和热性能,同时为迅速增长的牵引逆变器市场提供可扩展性和汽车可靠性。其中,VE-Trac Dual 是双面散热模块,适用于从 80 kW 到 300 kW 应用,提供最低的每 kW 成本,具有可扩展,低杂散电感的优点,VE-Trac Direct 以创新和可靠的压合引脚直接替代现有的传统产品。对于 800 V 电池电动汽车系统,SiC MOSFET 提供优于硅的开关性能和更高的可靠性,具有低导通电阻和紧凑的芯片尺寸,确保低电容和门极电荷。这些特性带来了系统优势,包括高能效、快速工作频率、更高的功率密度、更低的电磁干扰(EMI)以及减小占位的便利性。

 

电动 / 混动汽车可通过直流充电桩或普通的交流电源插座对其高压电池子系统进行充电,车载充电器 (OBC) 是交流充电的核心系统。安森美半导体提供众多的超级结 MOSFET、IGBT、门极驱动等产品,并针对在电动汽车电池和建筑物或电网之间进行双向充电 (V2X) 等趋势和功率等级及占位面积等挑战推出集成 SiC 的混合 IGBT、SiC MOSFET、汽车功率模块 (APM) ,应用于车载充电的 PFC、DC-DC、整流、辅助电源、驱动等各个功率级,提高能效、性能、功率密度,减小损耗和占位空间,同时积极扩展现有产品阵容,推出用于 3.3 kW、6.6 kW、11 kW 等主流功率等级的 OBC 开发套件,帮助加快设计和评估。

 

1:安森美半导体的车载充电方案概览

 

电动 / 混动汽车领域中的一项新兴技术是 48 V 双电压架构轻度混合动力汽车 (MHEV) 系统,该系统能提供全混合动力汽车的许多燃油经济性益处,而成本和复杂度比传统燃油车仅稍微增加。安森美半导体提供广泛的中压功率 MOSFET 分立器件和模块阵容及先进的内核封装技术用于 48 V 应用,满足 48 V 双电压系统中 48 V 锂离子电池组、集成式起动发电机 (ISG) 或皮带起动发电机 (BSG) 、48 V 负载、12 V 电池、12 V 负载等各子系统的不同功率需求和电压等级。

 

电动 / 混动汽车中的电动增压器、交流压缩机、电动助力转向 (EPS) 、减摇、散热风扇、液压泵、空调压缩机和 PTC 加热器等子系统需要用到高压辅助电源方案。安森美半导体的汽车高压 ASPM 模块采用直接覆铜 (DBC) 封装实现超低热阻 (<0.37 K/W) ,并集成 IGBT(具有优化的门极驱动)、高速 HVIC 和丰富的保护特性,具备集成度高、外形紧凑、确保 175°C 的结温、出色的强固性、超长的使用寿命、设计周期及装配流程短、通过汽车认证等优势,比分立方案更紧凑,且散热性更好,并提供强大的隔离电压,整体性价比也得以提升。650 V ASPM@27 系列和 1200 V ASPM@34 系列,分别针对 400 V 以下的电池系统和电池电压略高但低于 800 V 的场合。

 

车身电子及内部

车身控制模块 (BCM) 已成为当今轻型车辆的信息管理和通信中心。这些模块管理车身电子及车内各种负载,包括车窗 / 门 / 镜 / 座椅 / 照明 / 车载空调控制及远程无匙进入等应用,同时在过程中提供诊断功能,并为电动机提供驱动功能 (DC, PWM) ,从而取代了现有的机电继电器。安森美半导体提供广泛的预驱动器、步进电机驱动器、门极驱动器、SmartFET 和车载网络方案阵容,具备高能效、高可靠性等优势。

 

当今的车载空调系统不再是机械控制。对提高能效、舒适度和性能的需求推动了暖通空调 (HVAC) 系统采用更精密的技术和电子器件。各种传感器的多个输入和乘客需求要求控制不同类型的电机。安森美半导体提供各种直流电机驱动器、无刷直流电机 (BLDC) 驱动器、步进电机驱动器、门极驱动器及车载网络方案,使 HVAC 控制模块更高效。

 

总结

作为全球前 10 大汽车半导体供应商之一,安森美半导体提供全面的方案用于自动驾驶、汽车功能电子化、传统电力总成、照明和车身电子,利用在汽车感知、功率器件等领域的专知不断开发出创新的方案,包括领先的功率模块和先进的 SiC 方案等,推进迈向自动驾驶、汽车功能电子化 / 电动汽车的进程,并遵守严格的质量标准,致力于零缺陷、零排放、零事故、零死亡和零分心,同时积极和行业多个生态合作伙伴携手建立生态系统,帮助开发人员解决设计挑战,使未来的汽车更智能、安全、舒适、环保和节能。