安森美汽車技術(shù)及車身和動力系統(tǒng)解決方案

隨著人們對汽車舒適性等方面要求的提高，車身電子控制和動力性的重要性日益突顯，越來越多的汽車開始裝備高性能的車身控制系統(tǒng)和先進的管理系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的增加和升級為半導(dǎo)體器件的應(yīng)用開辟了巨大的空間。

但是，面對環(huán)保和豐富消費者體驗的需求，以及汽車器件的最嚴格規(guī)范，制造商一方面要在產(chǎn)品的設(shè)計和制造等方面更加注重可靠性指標的認證，另一方面也要保證產(chǎn)品在提供更高性能的同時，符合環(huán)保節(jié)能方面的要求。本文將結(jié)合安森美半導(dǎo)體的汽車技術(shù)專長，談?wù)勂囓嚿砑皠恿ο到y(tǒng)解決方案所采用的各種器件。

先進的汽車工藝技術(shù)

汽車電子設(shè)備的增加使汽車的各個部分都無法避免寄生信號，甚至可能出現(xiàn)80 VV的峰值，汽車設(shè)計團隊必須考慮到這一點。用于汽車的模塊和組件需要能夠承受這種峰值并保證實現(xiàn)應(yīng)有的功能。安森美半導(dǎo)體利用成熟的汽車技術(shù)能力，開發(fā)了一套專門的高電壓汽車電源技術(shù)，實現(xiàn)復(fù)雜的高電壓系統(tǒng)級芯片(SoC)解決方案，滿足最大電壓和數(shù)字門集成的要求。

同時，汽車中越來越多的電子含量對電磁兼容性的要求越來越高，汽車制造商也制定了相應(yīng)的性能標準，旨在使車載網(wǎng)絡(luò)(IVN)應(yīng)用擁有更高的抗ESD脈沖和抗EMI能力。安森美半導(dǎo)體利用創(chuàng)新的I3T50/I3T80技術(shù)提供最佳的一流器件，通過深溝槽隔離等工藝既實現(xiàn)了先進功能，又保證了可靠設(shè)計，降低了芯片上不同單元(cell)結(jié)構(gòu)之間的干擾。

安森美半導(dǎo)體的一系列技術(shù)允許使用高達100V的電源，有利于元件的集成——包括嵌入式微處理器內(nèi)核。安森美半導(dǎo)體的汽車ASIC和專用標準產(chǎn)品(ASSP)解決方案廣泛用于動力總成(包括環(huán)境溫度≥150℃的高溫應(yīng)用)、安全、車身、儀表板、IVN、傳感器和驅(qū)動器應(yīng)用。

安森美半導(dǎo)體是汽車MOSFET市場的主要供應(yīng)商。除了平面MOSFET產(chǎn)品系列，該公司還提供40 V和60 V溝槽MOSFET。溝槽技術(shù)是為低Rds((on))開關(guān)應(yīng)用優(yōu)化的，與平面技術(shù)相比，更適用于線性操作模式。

安森美半導(dǎo)體車身及便利應(yīng)用解決方案

車身電子及便利應(yīng)用包括氣候控制、智能接線盒、前照燈調(diào)節(jié)與電源控制、雨刷和光傳感、后視鏡控制、座椅位置/加熱/冷卻、車門模塊、方向盤傳感器等。

這里以車身暖通空調(diào)((HVAC)的控制、通信和電源，以及直流電機驅(qū)動器為例介紹。

1. 車身HVAC的控制、通信和電源

HVAC包括多個子系統(tǒng)：其一是汽車加熱及通風(fēng)系統(tǒng)，從外部管道吸入清新空氣進入車廂；進入的空氣可以通過連接引擎冷卻系統(tǒng)的小型發(fā)熱芯來加熱。其用途是提高乘客的舒適和安全度。其二是空調(diào)制冷系統(tǒng)，將車內(nèi)熱量轉(zhuǎn)移到不斷循環(huán)的蒸發(fā)和冷凝的外部空氣中，降低空氣的溫度和濕度。其三是控制頭，即帶有用戶界面的ECU((電子控制單元)。

圖1是HVAC的框圖，圖中綠色的部分都會用到安森美半導(dǎo)體的各種器件。這些器件包括用于I/O保護的二極管和整流器；用于收發(fā)器或SBC的接口；用于電機預(yù)驅(qū)動器(BLDC、BDC)的IGBT/FET和MOSFET；用于步進電機驅(qū)動的負載/繼電器驅(qū)動器及接口；用于控制面板的雙極晶體管/數(shù)字晶體管(BRT)、接口、模擬開關(guān)、標準邏輯、多路轉(zhuǎn)換器；用于信號調(diào)理的放大器和比較器、運算放大器；用于高端驅(qū)動器的驅(qū)動器、負載/繼電器驅(qū)動器、IGBT/FET和MOSFET；用于電源保護的二極管和整流器、小信號開關(guān)二極管、齊納二極管、肖特基二極管；用于穩(wěn)壓(線性、開關(guān))的接口、直流-直流(DC-DC)控制器、轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器、控制器、線性穩(wěn)壓器；用于監(jiān)控的DC-DC控制器、轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器；以及用于低端驅(qū)動器的負載/繼電器驅(qū)動器、IGBT/FET和MOSFET。

2. 車身HVAC直流電機驅(qū)動器

目前，最流行的翼板執(zhí)行器(flap actuator)是將位置信號反饋給微控制器的簡單的直流電機。為了控制直流電機的正向和反向，必須使用全橋配置的兩個高端功率級和兩個低端功率級。通常，這些驅(qū)動器集成了所需的功能，如過壓、過載和過溫保護。此外，SPI接口可以為微控制器提供診斷功能。

集成的脈沖計數(shù)技術(shù)結(jié)合額外的信號調(diào)節(jié)塊可以取代分立的位置電位計器。在脈沖計數(shù)應(yīng)用中，該電路檢測直流電機的換向脈沖，并為每個檢測到的換向脈沖創(chuàng)建一個脈沖。通常這些脈沖要反饋到微控制器進行位置檢測和位置控制。安森美半導(dǎo)體為這類電路定制的ASIC已經(jīng)投產(chǎn)。

六路半橋式驅(qū)動器NCV7708就是一種靈活的單面高/低端驅(qū)動器。其六個高端和低端通道專門用于電機控制配置，如半橋或全橋。NCV7708可以通過一個16位SPI接口控制5個直流電機。該器件還可以控制繼電器或指示燈。圖2是該器件的功能框圖。

三路半橋驅(qū)動器NCV7703可以控制兩個直流電機。功率級的內(nèi)部連接作為半橋使用，采用SO-14封裝的器件可有效減少引腳數(shù)量。圖3是該器件的框圖。

3. 用于車身HVAC的可配置電機、繼電器和LED驅(qū)動器

NCV7608具有最大的靈活性，可以驅(qū)動不同類型的電機及各種負載，如燈泡、發(fā)光二極管和繼電器。NCV7608有一個可防止LED發(fā)光的特殊診斷電流禁用位，以及標準的診斷功能。圖4是NCV7608的功能框圖。

該器件是一款8路可配置低端/高端驅(qū)動器，采用高密度SOIC-28W封裝，能夠在-40℃至+150℃的結(jié)溫下工作。NCV7608具有3.15 V至5.25 V的寬輸入電壓范圍，并具有8路完全獨立的輸出驅(qū)動器，能夠任意配置為高端、低端或半橋配置組合，為需要驅(qū)動大量負載的設(shè)計人員提供極靈活的方案。

該器件通過集成的標準串行外設(shè)接口執(zhí)行所有輸出段的數(shù)字控制，這種功能還能獲取診斷故障信息。此外，4個通道能利用外部控制輸入引腳進行脈寬調(diào)制(PWM)控制。該器件在25℃時的典型導(dǎo)通阻抗(RDSON)僅為1.2 Ω，能大幅延長電池使用時間。

規(guī)范完備的NCV7608還提供正/負瞬態(tài)保護、過流保護及過溫保護功能。其集成鉗位電路(在高端及低端工作模式下)確保過溫保護及欠壓鎖定。利用NCV7608可以支持單極和雙極步進電機控制，如圖5所示。

安森美半導(dǎo)體動力系統(tǒng)解決方案

動力總成包括傳輸控制和位置檢測、引擎控制、油門控制、油位檢測、空氣流量監(jiān)測、氣門控制、燃油噴射控制等。這里介紹的是安森美半導(dǎo)體的引擎管理和燃油噴射系統(tǒng)解決方案。

1. 引擎管理解決方案

安森美半導(dǎo)體為汽油引擎、雙燃料/彈性燃料(bi/flexfuel)和柴油引擎開發(fā)了各種定制和標準產(chǎn)品，范圍覆蓋從點火控制的供氣和供油到排氣后處理子系統(tǒng)的眾多應(yīng)用。這些產(chǎn)品組合包括：電感式角度傳感器接口、壓力傳感器接口、爆震和輪速檢測電路、油/尿素流(urea-flow)和氣流接口、車載網(wǎng)絡(luò)組件、油門執(zhí)行器驅(qū)動器和前置驅(qū)動器、電磁和壓電燃料噴射系統(tǒng)、火花點火、風(fēng)機、泵和液壓控制。圖6是汽油引擎管理系統(tǒng)的框圖。此外，安森美半導(dǎo)體還提供柴油引擎管理系統(tǒng)，以滿足柴油引擎在歐洲和北美地區(qū)持續(xù)增加的需求。

2. 燃油噴射系統(tǒng)解決方案

燃油噴射系統(tǒng)用來測量每個氣缸的燃料數(shù)量和時序。完全集成的多點(MPI)汽油引擎管理系統(tǒng)仍然是目前最流行的解決方案。為滿足強勁增長的汽油直噴(GDI)系統(tǒng)的新需求，安森美半導(dǎo)體還推出了動力總成方案，涵蓋了傳輸控制和位置檢測、引擎控制、油門控制、油位傳感器、空氣流量監(jiān)測、氣門控制、燃油噴射控制等應(yīng)用。

半導(dǎo)體器件有助于通過引擎的控制、檢測和驅(qū)動來提高效率。精心控制的關(guān)鍵部件(如噴油器和氣門)可達到最高效率。為了提高控制能力，需要對燃燒室壓力進行實時測量和處理，可減少汽油引擎30％的燃料消耗。

總結(jié)

除了用于車身和動力系統(tǒng)，安森美半導(dǎo)體采用先進汽車工藝技術(shù)的各種汽車應(yīng)用產(chǎn)品，還可以用于汽車電子的其他部分，以實現(xiàn)優(yōu)異的性能。這些器件包括：集成了關(guān)鍵系統(tǒng)元件的系統(tǒng)級芯片可提高系統(tǒng)可靠性，降低能耗，節(jié)省電路板空間；極低靜態(tài)電流和寬線性穩(wěn)壓能力的線性穩(wěn)壓器具備短路保護和過溫保護；采用自保護MOSFET的集成電路可取代繼電器和保險絲驅(qū)動電磁線圈和燈；消除反向恢復(fù)振蕩的高壓整流器可提供低正向壓降，提高效率；有瞬態(tài)電壓保護功能的高可靠電子模塊可實現(xiàn)I/O和傳感器、負載突降、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線和負載開關(guān)等保護。此外，安森美半導(dǎo)體還提供各種汽車級運算放大器和比較器、可靠的電機和機電繼電器驅(qū)動集成電路及插座、采用標準CMOS/低電壓CMOS工藝的穩(wěn)固的標準邏輯系列。所有這些集成電路和分立器件均符合汽車可靠性和溫度等規(guī)范和環(huán)保要求，同時可以滿足人們對汽車舒適性等方面越來越高的要求。