汽車電子和電源管理IC將會(huì)高度集成化和整體化發(fā)展

縱觀半導(dǎo)體行業(yè)的2020年，出現(xiàn)最多的關(guān)鍵詞是什么？集成、整合、模塊、系統(tǒng)……

筆者曾參加數(shù)十個(gè)電源管理芯片企業(yè)相關(guān)發(fā)布會(huì)和訪談，每次的靈魂拷問中，都會(huì)談及分立器件和模塊器件的關(guān)系。大多數(shù)受訪人均會(huì)毫不猶豫地說兩者是會(huì)并存的，并且毫不沖突。但提供模塊化產(chǎn)品顯然在功率密度、體積更具優(yōu)勢(shì)，模塊化產(chǎn)品也可為客戶提供一個(gè)可直接使用的產(chǎn)品，從而減少設(shè)計(jì)時(shí)間、提高可靠性。

實(shí)際上，電源管理芯片無論是第三代半導(dǎo)體材料還是傳統(tǒng)器件，在筆者看來，從完整的解決方案出發(fā)，無論從功耗、成本、尺寸上來講，還是系統(tǒng)的精簡(jiǎn)方面來講，完整的解決方案遠(yuǎn)比單器件更加出色。

在汽車產(chǎn)業(yè)驚人發(fā)展之下，汽車的電源管理IC芯片亦如此。日前，MPS與21ic中國(guó)電子網(wǎng)記者道出了對(duì)汽車行業(yè)的理解和汽車電源管理IC發(fā)展的看法。

汽車電子在增強(qiáng)集成化

經(jīng)過多年的發(fā)展，汽車早已不是放上發(fā)動(dòng)機(jī)和四個(gè)輪子的簡(jiǎn)單物件，根據(jù)各大機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，電子化產(chǎn)品將占汽車總成本的二分之一，每輛車預(yù)計(jì)將會(huì)有20倍的半導(dǎo)體需求，電動(dòng)車和混合動(dòng)力汽車年銷售市場(chǎng)份額預(yù)估增長(zhǎng)20%。

除了電動(dòng)和混動(dòng)，現(xiàn)在的汽車擁有了無數(shù)輔助駕駛的技術(shù)，諸如自動(dòng)泊車、碰撞警告、主動(dòng)剎車、ACC自適應(yīng)巡航、VSA車聯(lián)網(wǎng)檢查、ISA電子警察系統(tǒng)、TMC實(shí)時(shí)交通系統(tǒng)、360環(huán)視、并線輔助、LDWS車道偏移警告系統(tǒng)、HMW車距檢測(cè)及警告、FCWS前車防撞預(yù)警系統(tǒng)、PED行人檢測(cè)、車道保持系統(tǒng)……

MPS全球汽車總監(jiān)Allen Chen為記者介紹，網(wǎng)絡(luò)時(shí)代下汽車將會(huì)與駕駛?cè)藛T、車聯(lián)網(wǎng)、軟件互動(dòng)，這便是汽車的發(fā)展趨勢(shì)“ACES”，解釋起來就是自動(dòng)化（Autonomous Driving）、互聯(lián)化（Connectivity）、電氣化（Electrification）、服務(wù)化（Service）。

實(shí)際上，如此眾多功能加身的汽車，也將成為計(jì)算的“大戶”，掌控著傳感器、總線數(shù)據(jù)采集和交換以及代碼執(zhí)行的“總司令”就是ECU（Electronic Control Unit）。但在高速發(fā)展之下，車內(nèi)ECU數(shù)量逐漸變?yōu)閿?shù)十個(gè)到上百個(gè)。

Allen Chen表示，如此分散的ECU會(huì)為汽車設(shè)計(jì)帶來問題，各自為陣的ECU需要很強(qiáng)的中央進(jìn)行協(xié)調(diào)，這無疑增加了汽車走線的復(fù)雜性，為制造帶來了成本。這種扁平化和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的模式也為單一功能升級(jí)帶來了困難。

因此，未來ECU的趨勢(shì)就是進(jìn)一步整合，從分布式變?yōu)榧苫?。許多Tier1系統(tǒng)制造商逐漸將這數(shù)百個(gè)ECU整合為幾個(gè)DCU（域控制器）。

汽車電源IC也將具集成化和整體化

半導(dǎo)體在汽車產(chǎn)業(yè)鏈中充當(dāng)什么角色？Allen Chen認(rèn)為，OEM汽車廠商越來越依賴Tier2半導(dǎo)體零部件制造商，這是因?yàn)镺EM需要半導(dǎo)體廠商直接提供所需功能，以便更早接觸先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)更早提供可靠性測(cè)試結(jié)果以便將下一代產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

“MPS不僅僅著眼于單個(gè)IC的精雕細(xì)刻，現(xiàn)在采用更多的是“Power Subsystem”的模式，即電源子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。” 換言之，MPS在汽車電子產(chǎn)品上不僅擁有極佳的集成化單IC產(chǎn)品，還擁有更加符合未來發(fā)展的整體化方案。Allen Chen為記者展示了幾款印證了MPS汽車電子戰(zhàn)略的解決方案：

1、高度集成的數(shù)字升降壓變換器

根據(jù)Allen Chen的介紹，MPQ88XX- AEC1是最新推出的汽車產(chǎn)品，這是一款高度集成的30W數(shù)字升降壓（Buck-Boost）變換器，使用最新的第六代MPS BCD工藝技術(shù)，為4mm x 5mm Flip-Chip（倒裝）QFN封裝。

與競(jìng)品相比，擁有5倍功率密度，降低了75%布板面積，減少了50%外部元器件，可節(jié)約30%的設(shè)計(jì)時(shí)間。據(jù)Allen Chen介紹，這款產(chǎn)品已和很多汽車制造商深入合作，很快這款產(chǎn)品就會(huì)面世。

2、整體化汽車電源方案

“為了滿足可擴(kuò)展性這一個(gè)重要需求，MPS汽車解決方案將整體目標(biāo)定位在整個(gè)系列而不是單個(gè)產(chǎn)品上”，Allen Chen用MPQ4436作為范例為記者介紹。

MPQ4436采用并聯(lián)解決方案，，客戶可以采用1路輸出，雙路輸出，3路輸出，4路輸出各種供電方式。

利用這種并聯(lián)的整體化方案，可在小尺寸情況下提高功率密度。另外，4片MPQ4436的散熱面積使得PCB擁散熱面積更廣；單片MPQ4436都針對(duì)性進(jìn)行了EMC電磁兼容優(yōu)化，EMC性能更優(yōu)；并聯(lián)設(shè)計(jì)對(duì)于系統(tǒng)的兼容新更強(qiáng)，不同平臺(tái)客戶都可隨心所欲設(shè)計(jì)使用。

3、電源子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Allen Chen為記者展示了一款A(yù)DAS模塊設(shè)計(jì)的電源子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)由六種以上不同IC組合而成，各個(gè)子系統(tǒng)間能和諧運(yùn)行。值得一提的是，整合其中的單IC器件均是基于MPS先進(jìn)工藝技術(shù)的電源產(chǎn)品，使得功率密度整體都非常高。

另外，子系統(tǒng)中還囊括了時(shí)序控制和電壓監(jiān)控的模擬產(chǎn)品。“MPS其實(shí)已經(jīng)將汽車應(yīng)用產(chǎn)品的范圍從最擅長(zhǎng)的DC/DC電源管理產(chǎn)品拓展到了精密模擬的領(lǐng)域”，Allen Chen表示在這種電源子系統(tǒng)中，需要考慮的不僅是單個(gè)IC的典型功能，還要考慮到各個(gè)IC如何與其他設(shè)備協(xié)同工作。

“MPS的這種‘電源子系統(tǒng)思維’在與第三方關(guān)鍵評(píng)估機(jī)構(gòu)合作，評(píng)估機(jī)構(gòu)會(huì)根據(jù)行業(yè)認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)‘子系統(tǒng)’進(jìn)行驗(yàn)證，這樣客戶不需要著眼于單個(gè)IC，可以完全從MPS獲得整個(gè)子系統(tǒng)的電源方案，進(jìn)而加快自己的設(shè)計(jì)周期。”

“子系統(tǒng)的概念的關(guān)鍵在于每個(gè)IC不僅要照顧自己的功能，還要考慮每個(gè)IC與其他IC的協(xié)同工作能力。現(xiàn)在很多客戶在設(shè)計(jì)時(shí)，很有可能從廠商會(huì)拿來相應(yīng)模塊，但是很有可能這些模塊在一起工作并不是最優(yōu)化的場(chǎng)景，MPS想強(qiáng)調(diào)的是安全分析的重要性，在子系統(tǒng)層面，我們已經(jīng)幫助客戶考慮了諸多的應(yīng)用場(chǎng)景，包括很多極限的應(yīng)用場(chǎng)景”，Allen Chen如是說。

集成化方案幫助集成化市場(chǎng)

從ECU轉(zhuǎn)變?yōu)镈CU，從素質(zhì)優(yōu)秀的分立器件外加優(yōu)秀的整體解決方案，實(shí)際上是電源管理IC企業(yè)針對(duì)這種行業(yè)趨勢(shì)去定制的解決方案。

Allen Chen認(rèn)為，MPS是從3個(gè)角度來幫助客戶面對(duì)DCU上的挑戰(zhàn)的：其一，更改時(shí)間和成本降低，這是因?yàn)镈CU設(shè)計(jì)瞬息萬變，諸如MPQ88XX-AEC1這種方案無需修改PCB，只需更改內(nèi)部設(shè)計(jì)甚至可在一小時(shí)內(nèi)就可滿足新的需求；其二，功率密度高，DCU集成度高必然導(dǎo)致上面元器件增加，因此高功率密度下的小體積便獨(dú)具優(yōu)勢(shì)；其三，擁有很好的耐受性和魯棒性（Robustness，系統(tǒng)的健壯性），MPS的產(chǎn)品在EMC優(yōu)化、耐受尖峰電流等方面具有極佳優(yōu)勢(shì)，并已形成很多開發(fā)文檔和參考設(shè)計(jì)。

與此同時(shí)，MPS的硬件方案既然擁有如此強(qiáng)大的集成化和整體化，軟件方案也可很好地幫助客戶解決問題。近期，MPS最新上線了“虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)（Virtual bench）”的應(yīng)用，客戶可以輕松進(jìn)行仿真，試驗(yàn)不同元器件的參數(shù)和數(shù)值，幫助客戶輕松進(jìn)行初步方案設(shè)計(jì)。另外，MPS很多產(chǎn)品內(nèi)部已有相應(yīng)固件，對(duì)軟件進(jìn)行投資和研發(fā)一直以來是MPS的愿景，致力于為客戶提供更方便和易于使用的產(chǎn)品。

筆者認(rèn)為，MPS如今在汽車產(chǎn)品的布局是單器件和整體方案雙向發(fā)展的行徑，這種方式使得無論是需求分立器件的客戶還是模塊化產(chǎn)品的客戶均可獲得理想產(chǎn)品。另一方面，單器件的增強(qiáng)，更是為整體方案進(jìn)一步提高功率密度、減少體積鋪開一條“羅馬大道”。

反觀電源管理IC整個(gè)市場(chǎng)，瞄準(zhǔn)汽車市場(chǎng)的屢見不鮮，競(jìng)爭(zhēng)汽車市場(chǎng)的“雙板斧”就是高功率密度和可靠性。會(huì)議上，Allen Chen透露，MPS即將推出名為“MPSafe”的汽車安全級(jí)分類產(chǎn)品，藉由MPS的專業(yè)功能安全團(tuán)隊(duì)，充分發(fā)揮獨(dú)特的安全優(yōu)勢(shì)。

從市場(chǎng)來看，集成化和整體化亦是市場(chǎng)小型化需求下催生的概念。行業(yè)正在逐漸朝向新的趨勢(shì)進(jìn)發(fā)，MPS未來更多集成化和整體化產(chǎn)品也正在醞釀之中。