安森美半導體的汽車半導體方案使汽車更智能、安全、環保和節能

儀器儀表交易網

安森美半導體迄今為先進駕駛輔助系統(ADAS) 應用付運了超過1.2億顆圖像傳感器，且付運超過4億顆汽車傳感器，當中有的已經在路上行駛超過13年。未來的汽車將結合超聲波、圖像、激光雷達(LiDAR) 、雷達、傳感器融合、人工智能 (AI) 等多種技術，且隨著共享車的興起和自動駕駛的發展，要求汽車不僅可靠而且可信，功能安全變得至關重要，加之車聯網的普及，網絡安全也尤為重要。安森美半導體具備全面的感知技術並注重功能安全和網絡安全，為汽車艙內感知和外部感知提供完整又可信的方案。ADAS/自動駕駛方案ADAS/自動駕駛是實現零事故、零死亡和零分心的核心技術，而各種傳感器是這些系統中的主要技術。例如，安森美半導體提供的圖像傳感器，用在自動駕駛系統上，每小時可有望挽救9條生命，每年累計可有望挽救81000條生命。自動駕駛從L1到L5的逐級提升，傳感器的數量和種類都不斷地增加。未來的汽車可定義為架在四個輪子上、具有極其強大感知能力的計算機。其越來越豐富、全面、強大的感知系統將遠超人類的感知速度和反應，包括ADAS攝像頭、倒車攝像頭、環視360度、監控、電子車鏡、駕駛員監控、乘務員監控、超聲波、毫米波雷達和激光雷達等，能夠分分秒秒、時時刻刻不間斷地監控周圍環境，從而實現更安全的駕駛。安森美半導體為整個汽車提供全面的智能感知方案，包括成像、超聲波、毫米波雷達、激光雷達和傳感器融合，以及其它車規級器件如二極管、低壓降穩壓器(LDO) 、電源管理IC等和車載網絡及先進的汽車照明方案，從而為客戶提供一站式的服務以及最優化的系統設計方案。

圖1：傳感器融合的自動駕駛汽車成像可分成專門給人眼看的和給機器視覺使用的，在提供給人眼觀察的部分，如駕駛員、乘客、後視、環視、電子後視鏡，成像挑戰包括：真實世界經常面對寬動態情景(>120 dB)，溫度範圍超大的極端條件（-40 °C至+105 °C），LED交通燈/標志燈閃爍難以辨別。在成像傳感器行業，安森美半導體有超過40年的悠久歷史(主要通過並購)，具備2000多項成像方面的專利，尤其在全球汽車成像市場占>60%的市場份額，提供從VGA至1200萬像素完整的產品線、寬動態範圍(HDR) +減少LED閃爍 (LFM) 傳感器架構、優化的色彩濾波陣列 (CFA) 、通過時間和路測認證的寬動態，第四代ISO26262/汽車功能安全等級C級(ASIL C) 、全球首款具有網絡安全功能的圖像傳感器（如具有市場最高的寬動態效果的Hayabusa系列），解決上述挑戰。在汽車感知部分，也就是給人工智能和機器視覺用的感知系統，安森美半導體占全球>80%的市場份額，而且還在逐年擴大。安森美半導體的激光雷達(LiDAR) 基於矽光電倍增管 (SiPM) ，與傳統的雪崩光電二極管 (APD) 相比，SiPM的增益是APD的1萬倍，靈敏度是APD的2000倍，工作電壓要求低至30V，一致性非常好，適合大批量生產，符合汽車LiDAR落地對傳感器的需求。安森美半導體提供車規單點SiPM、線陣1x12、1x16 SiPM，其最新的Pandion 單光子雪崩二極管 (SPAD) 400×100面陣，將來完全可以實現有深度信息的圖像。

圖2：安森美半導體LiDAR產品演示平台概覽毫米波雷達在不同的自動駕駛級別有不同的應用。安森美半導體的下一代毫米波雷達采用MIMO+，能提供4維信息，用於L3層級的自動駕駛，比競爭對手多一倍的通道，節省50%的mmIC器件、減少優化控制器、線路板，降低總成本。智能座艙也越來越受到重視，包括駕駛員的識別、調車椅的位置、空調的溫度、用戶喜歡的電台和乘客監控，設計挑戰包括：車內受限的空間及攝像頭尺寸、光線條件對汽車成像的嚴苛要求、系統成本等，安森美半導體和合作夥伴一起開發了0.5×0.5cm3非常小型的攝像頭，放在車裏乘客、駕駛員基本上都不會看得到，並具備極佳的紅外響應和全局快門效率，全面的產品線從VGA至200萬像素，提供完整的智能座艙方案和生態系統。電動汽車/汽車功能電子化方案汽車功能電子化是節能減排和減少對石油的依賴的關鍵技術。受政府節能和環保法規以及新基建等一系列政策驅動，汽車正迅速邁向電動汽車發展。安森美半導體是汽車功能電子化的一個領袖，提供全面的方案包括先進的碳化矽(SiC) 、IGBT、高壓門極驅動器、高壓整流器、超級結MOSFET、高壓DC-DC等，以及先進的封裝技術如單/雙面冷卻和雙面直接冷卻封裝，用於牽引逆變器、車載充電、48 V、輔助電機控制、高壓負載等系統。

圖3：安森美半導體為汽車功能電子化提供全面的方案牽引逆變器是電動汽車動力總成的關鍵部分，負責將高壓電池 (350-800 VDC) 的直流電壓轉換為三相交流正弦電流的交流電壓，進而旋轉感應電機並驅動車輛前進。該模塊的性能影響到車輛的整體能效，包括加速和駕駛里程。安森美半導體提供高能效、穩定可靠且具成本競爭優勢的牽引逆變器方案及先進的封裝技術，包括分立IGBT、SiC MOSFET、隔離門極驅動器和創新的VE-Trac系列模塊，以助力增加電動汽車的行駛里程，從而幫助提高電動汽車的市場占有用率。VE-Trac系列模塊包括VE-Trac Dual和VE-Trac Direct，提供領先市場的電氣和熱性能，同時為迅速增長的牽引逆變器市場提供可擴展性和汽車可靠性。其中，VE-Trac Dual是雙面散熱模塊，適用於從80 kW到300 kW應用，提供最低的每kW成本，具有可擴展，低雜散電感的優點，VE-Trac Direct以創新和可靠的壓合引腳直接替代現有的傳統產品。對於800 V電池電動汽車系統，SiC MOSFET提供優於矽的開關性能和更高的可靠性，具有低導通電阻和緊湊的芯片尺寸，確保低電容和門極電荷。這些特性帶來了系統優勢，包括高能效、快速工作頻率、更高的功率密度、更低的電磁干擾(EMI)以及減小占位的便利性。電動/混動汽車可通過直流充電樁或普通的交流電源插座對其高壓電池子系統進行充電，車載充電器(OBC) 是交流充電的核心系統。安森美半導體提供眾多的超級結MOSFET、IGBT、門極驅動等產品，並針對在電動汽車電池和建築物或電網之間進行雙向充電(V2X) 等趨勢和功率等級及占位面積等挑戰推出集成SiC的混合IGBT、SiC MOSFET、汽車功率模塊 (APM) ，應用於車載充電的PFC、DC-DC、整流、輔助電源、驅動等各個功率級，提高能效、性能、功率密度，減小損耗和占位空間，同時積極擴展現有產品陣容，推出用於3.3 kW、6.6 kW、11 kW等主流功率等級的OBC開發套件，幫助加快設計和評估。

表1：安森美半導體的車載充電方案概覽電動/混動汽車領域中的一項新興技術是48 V雙電壓架構輕度混合動力汽車(MHEV) 系統，該系統能提供全混合動力汽車的許多燃油經濟性益處，而成本和複雜度比傳統燃油車僅稍微增加。安森美半導體提供廣泛的中壓功率MOSFET分立器件和模塊陣容及先進的內核封裝技術用於48 V應用，滿足48 V雙電壓系統中48 V鋰離子電池組、集成式起動發電機(ISG) 或皮帶起動發電機 (BSG) 、48 V負載、12 V電池、12 V負載等各子系統的不同功率需求和電壓等級。電動/混動汽車中的電動增壓器、交流壓縮機、電動助力轉向(EPS) 、減搖、散熱風扇、液壓泵、空調壓縮機和PTC加熱器等子系統需要用到高壓輔助電源方案。安森美半導體的汽車高壓ASPM模塊采用直接覆銅 (DBC) 封裝實現超低熱阻 (<0.37 K/W) ，並集成IGBT（具有優化的門極驅動）、高速HVIC和豐富的保護特性，具備集成度高、外形緊湊、確保175°C的結溫、出色的強固性、超長的使用壽命、設計周期及裝配流程短、通過汽車認證等優勢，比分立方案更緊湊，且散熱性更好，並提供強大的隔離電壓，整體性價比也得以提升。650 V ASPM@27系列和1200 V ASPM@34系列，分別針對400 V以下的電池系統和電池電壓略高但低於800 V的場合。車身電子及內部車身控制模塊(BCM) 已成為當今輕型車輛的信息管理和通信中心。這些模塊管理車身電子及車內各種負載，包括車窗/門/鏡/座椅/照明/車載空調控制及遠程無匙進入等應用，同時在過程中提供診斷功能，並為電動機提供驅動功能 (DC, PWM) ，從而取代了現有的機電繼電器。安森美半導體提供廣泛的預驅動器、步進電機驅動器、門極驅動器、SmartFET和車載網絡方案陣容，具備高能效、高可靠性等優勢。當今的車載空調系統不再是機械控制。對提高能效、舒適度和性能的需求推動了暖通空調(HVAC) 系統采用更精密的技術和電子器件。各種傳感器的多個輸入和乘客需求要求控制不同類型的電機。安森美半導體提供各種直流電機驅動器、無刷直流電機 (BLDC) 驅動器、步進電機驅動器、門極驅動器及車載網絡方案，使HVAC控制模塊更高效。總結作為全球前10大汽車半導體供應商之一，安森美半導體提供全面的方案用於自動駕駛、汽車功能電子化、傳統電力總成、照明和車身電子，利用在汽車感知、功率器件等領域的專知不斷開發出創新的方案，包括領先的功率模塊和先進的SiC方案等，推進邁向自動駕駛、汽車功能電子化/電動汽車的進程，並遵守嚴格的質量標准，致力於零缺陷、零排放、零事故、零死亡和零分心，同時積極和行業多個生態合作夥伴攜手建立生態系統，幫助開發人員解決設計挑戰，使未來的汽車更智能、安全、舒適、環保和節能。