安森美半導(dǎo)體針對汽車應(yīng)用的高能效解決方案

當(dāng)今，隨著西方汽車市場需求的復(fù)蘇以及發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體車輛數(shù)目的持續(xù)增長使燃料消耗和污染不斷增加，政府和制造商都在積極探索改善燃油經(jīng)濟(jì)性以節(jié)約能源、減少排放的途徑，汽車中越來越多的電子功能也使半導(dǎo)體元件在車輛中的比重不斷激增。面對環(huán)保和豐富消費者體驗的雙重挑戰(zhàn)，半導(dǎo)體制造商正在利用其技術(shù)專長開發(fā)各種符合汽車規(guī)范的解決方案。

汽車應(yīng)用的挑戰(zhàn)
汽車電子市場一直是半導(dǎo)體工業(yè)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，今天的汽車已不再只是一種交通工具，對安全、舒適和多種功能的需求使電子產(chǎn)品在整車中的成本比例不斷上升。最近幾年，中國汽車市場連續(xù)兩位數(shù)的強(qiáng)勁增長勢頭更引起了半導(dǎo)體廠商的關(guān)注。

但是，汽車應(yīng)用使用的器件與普通工業(yè)應(yīng)用要求不同，更加難以滿足。由于汽車應(yīng)用的特殊性，其中的電子產(chǎn)品對于整車的安全和可靠性影響很大，因此對電子元件制造商來說，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等指標(biāo)的認(rèn)證，另一方面也需要供應(yīng)商在零部件的篩選等環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，保證配套產(chǎn)品符合可靠性和性能等方面的要求。

安森美半導(dǎo)體的高能效汽車半導(dǎo)體解決方案
汽車是安森美半導(dǎo)體的關(guān)鍵應(yīng)用市場之一，廣泛的產(chǎn)品包括電源管理、保護(hù)、處理、信號調(diào)節(jié)及控制等。這些用于汽車的器件均通過了AEC認(rèn)證及生產(chǎn)器件批準(zhǔn)程序(PPAP)，確保了安森美半導(dǎo)體的元件符合設(shè)計規(guī)范，客戶也可以達(dá)到期望的質(zhì)量水平。安森美半導(dǎo)體對汽車市場的承諾不僅是交付產(chǎn)品，而是確保制造和質(zhì)量符合業(yè)界對可靠性和強(qiáng)固性的要求。2009年，安森美半導(dǎo)體交付了超過29億顆芯片，缺陷率不到120 ppb（十億分之一）。

安森美半導(dǎo)體擁有40多年為汽車電子系統(tǒng)提供產(chǎn)品的悠久歷史和豐富經(jīng)驗，擁有寬廣陣容的強(qiáng)固及創(chuàng)新的高能效集成器件，有助于減少排放，節(jié)省燃油，改善照明、安全、連接和信息娛樂供電系統(tǒng)?，F(xiàn)就車載網(wǎng)絡(luò)、汽車照明及引擎管理和動力總成三方面的方案作介紹。

圖1：安森美半導(dǎo)體汽車電子解決方案分布圖

1. 車載網(wǎng)絡(luò)方案
車載網(wǎng)絡(luò)(IVN)應(yīng)用需要盡可能地降低成本及減小占用的空間，同時提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和長期可靠性，因此需要提高元器件的集成度。安森美半導(dǎo)體的IVN器件非常多，包括用于本地互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)和控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)的各種收發(fā)器。例如，安森美半導(dǎo)體的NCV7420集成了線性穩(wěn)壓器及LIN收發(fā)器，有效地節(jié)省PCB板空間，又可為MCU單獨供電，有效抑制其它模塊對MCU電源的干擾。

又例如安森美半導(dǎo)體針對IVN應(yīng)用的單線LIN收發(fā)器AMIS-30600，可以作為協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，特別適合驅(qū)動汽車和工業(yè)應(yīng)用中的LIN系統(tǒng)總線，也可用于標(biāo)準(zhǔn)ISO9141系統(tǒng)。為了減少電流消耗，AMIS-30600提供了待機(jī)模式。該收發(fā)器采用I2T100技術(shù)，將高壓模擬電路和數(shù)字功能集成在同一個芯片上，通過故障情況的無限短路保護(hù)功能，為滿足當(dāng)前的IVN要求提供了一種超安全的解決方案。

最近，安森美半導(dǎo)體推出了一款功能豐富的本地LIN收發(fā)器NCV7321。它可在低數(shù)據(jù)率IVN應(yīng)用中作為LIN協(xié)議控制器與物理總線之間的接口。NCV7321具備極佳的電磁兼容性(EMC)，以及高達(dá)13 kV的強(qiáng)固系統(tǒng)級靜電放電(ESD)性能，不需要外部ESD元件，功耗也更低，非常適合汽車應(yīng)用的嚴(yán)苛環(huán)境。

NCV7321采用安森美半導(dǎo)體創(chuàng)新的I3T技術(shù)及智能電源技術(shù)，使高壓及敏感的數(shù)字技術(shù)能夠共存于同一芯片。它符合LINv2.1和J2602規(guī)范，具備與AMIS-30600相同的功能，但引腳輸出不同，為客戶提供了符合現(xiàn)有LIN收發(fā)器的替代產(chǎn)品。該器件采用高密度、節(jié)省空間的SOIC-8封裝，典型應(yīng)用包括多種車身電子功能和舒適功能應(yīng)用，如遙控車門開鎖接收器、車窗和遮陽罩升降器、報警器、電動視鏡及座椅調(diào)節(jié)器，以及電子轉(zhuǎn)向鎖和輪胎監(jiān)測電子控制單元(ECU)等其它功能。

NCV7321的突出特點是最大限度滿足了汽車的省電目標(biāo)，休眠模式下的電流消耗僅為10 µA。其它關(guān)鍵特性包括熱關(guān)閉、模糊短路保護(hù)及45 V負(fù)載突降保護(hù)。圖2顯示了基于NCV7321 LIN收發(fā)器的典型電路。值得一提的是，該器件支持-45 V至45 V的電壓范圍，可承受額定5 kV的ESD脈沖，提供了強(qiáng)大的保護(hù)功能。

圖2：基于安森美半導(dǎo)體NCV7321的典型LIN電路

LIN總線以低速率（最高20 kBaud）傳送控制設(shè)備的數(shù)據(jù)，如車門鎖、后視鏡、汽車座椅和天窗等對時間要求不嚴(yán)格的功能。LIN總線協(xié)議的每個節(jié)點只使用單線，最大限度降低了布線成本。安森美半導(dǎo)體提供的產(chǎn)品符合美國（SAE J2602-2）和歐洲（LIN物理層規(guī)范修訂版2.1）標(biāo)準(zhǔn)。NCV7321為世界領(lǐng)先汽車供應(yīng)商將LIN融入汽車提供了新的選擇。這種具有更低功耗和系統(tǒng)成本的LIN收發(fā)器對各種現(xiàn)有及未來的汽車應(yīng)用極具吸引力。

此外，安森美半導(dǎo)體還提供獨立的CAN收發(fā)器，其最新一代產(chǎn)品NCV7340代表了業(yè)界領(lǐng)先的電磁性能（ESD和EMI）。這些器件在設(shè)計上采用了I3T技術(shù)，提供了故障率以ppb為單位衡量的高可靠、高品質(zhì)元件。

2. 汽車照明方案
如今，消費者都希望汽車照明系統(tǒng)能提供越來越豐富的功能，這就要采用具備優(yōu)異穩(wěn)流性能的高集成度解決方案。安森美半導(dǎo)體為汽車照明應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和定制器件。

安森美半導(dǎo)體的全功能高強(qiáng)度放電（HID）（或氙燈）專用集成電路有助于改善前燈系統(tǒng)的性能。相對于傳統(tǒng)的鹵素?zé)?，HID改善了顯色性，降低了功耗，使用壽命更長，光輸出更高。為了支持其先進(jìn)的功能，需要高效率的HID大燈鎮(zhèn)流器和復(fù)雜的控制電路。安森美半導(dǎo)體的HID燈控制系統(tǒng)是采用8位微控制器或?qū)Ｓ脿顟B(tài)機(jī)的混合模擬/數(shù)字解決方案，它集成了DC-DC控制器，具備全面的診斷功能（過壓、欠壓、溫度傳感器、續(xù)航時間計數(shù)器）、各種通信接口（LIN、SPI），支持35 W（D1/D2/D3/D4）和25 W（D5）燈。圖3為該專用集成電路的框圖。

圖3：安森美半導(dǎo)體的全功能HID專用集成電路框圖

其汽車照明用集成線性電流穩(wěn)流及控制器NCV7680可以單芯片為組合尾燈供電，提供更佳的性能和更高的能效，且占位面積比市場上的方案更小。該器件包含8個線性可編程恒流源，適用于汽車固態(tài)組合尾燈(RCL)的穩(wěn)流和控制，支持高達(dá)每通道75 mA的發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動電流。

NCV7680集成了眾多功能，支持兩個亮度等級，一級用于停車，另一級用于尾部照明。如果需要，也可使用可選的脈寬調(diào)制(PWM)控制。系統(tǒng)設(shè)計人員只需使用一個外部電阻設(shè)定輸出電流(整體設(shè)定點)。另外，針對要求大電流的設(shè)計，可選的外部鎮(zhèn)流器場效應(yīng)晶體管(FET)可以根據(jù)設(shè)計所需的高電流進(jìn)行功率分配。延遲的功率極限降低了在過電壓狀態(tài)下的驅(qū)動電流。這對于沒有外部FET的低電流應(yīng)用來說十分重要。
 
圖4：NCV7680剎車燈應(yīng)用框圖

該器件的典型應(yīng)用包括組合尾燈、日間行車燈(DRL)、霧燈、中央高位剎車燈(CHMSL)陣列、轉(zhuǎn)向信號燈和其他外部調(diào)制應(yīng)用、液晶顯示器(LCD)背光、照明模塊等。與分立方案相比，該器件可更好地匹配LED輸出，易于識別故障。

安森美半導(dǎo)體還在開發(fā)NCV786xx電源鎮(zhèn)流器及雙LED驅(qū)動器產(chǎn)品平臺，以應(yīng)用于先進(jìn)的LED前照燈系統(tǒng)。該產(chǎn)品平臺的開發(fā)是為了滿足驅(qū)動高達(dá)60 V電壓的多串LED、以PWM調(diào)光維持色溫及控制平均電流的系統(tǒng)級要求，使設(shè)計人員能夠以一顆系統(tǒng)級芯片器件控制遠(yuǎn)光燈及近光燈、日間行車燈、轉(zhuǎn)向指示燈及霧燈。該平臺能夠與外部微控制器(MCU)通信，在上電后改變工作參數(shù)、檢測LED短路及提供先進(jìn)的系統(tǒng)診斷功能。該系列的第一款產(chǎn)品NCV78663將在2011年投放市場。

3. 引擎管理及動力總成方案
目前，全球大約有80％的引擎是汽油引擎。汽油引擎都采用直接噴射和渦輪增壓，以提高簡單和經(jīng)濟(jì)型引擎的效率。汽油引擎未來仍是世界各地的主導(dǎo)力量，不過柴油引擎在歐洲已大約達(dá)到40％的普及度，并在北美地區(qū)也有增長的潛力。

汽車電子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(dá)到最高效率。為了提高控制能力，需要對燃燒室壓力進(jìn)行實時測量和處理，可減少汽油引擎30％的燃料消耗。

安森美半導(dǎo)體為汽油引擎、bi/flexfuel和柴油引擎開發(fā)了各種定制和標(biāo)準(zhǔn)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/urea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(jī)、泵和液壓控制。

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。然而，汽油直噴系統(tǒng)已出現(xiàn)強(qiáng)勁增長。為滿足新的需求，安森美半導(dǎo)體推出的動力總成方案涵蓋傳輸控制和位置檢測、發(fā)動機(jī)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。

總結(jié)
身為全球領(lǐng)先的高性能、高可靠性硅解決方案供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體制定了完整的汽車解決方案戰(zhàn)略，旨在為越來越多的汽車客戶提供基于ASIC、ASSP和分立式元件的全面解決方案，幫助客戶實現(xiàn)車身、HVAC、動力系統(tǒng)、安全、信息娛樂和LED照明的節(jié)能應(yīng)用。為了支持中國這個全球最大的汽車市場，安森美半導(dǎo)體還在上海設(shè)立了汽車解決方案工程中心，通過本地專業(yè)技術(shù)支持深入了解和解決客戶的問題，提供參考設(shè)計和演示板，幫助客戶優(yōu)化系統(tǒng)成本和性能，推動中國新汽車產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程。