近5年来，汽车电子领域发生了哪些变化？|逆天资讯 - 逆天PCB论坛

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提示：会员销售的附件,下载积分 = 版块积分 + 销售积分只看楼主倒序阅读使用道具 0楼发表于: 2018-09-08

近5年来，汽车的外观虽然看起来跟之前的传统汽车差不多，但其内部的汽车电子发生了很大的变化。其中电池管理系统、电机、T-Box、ADAS、雷达和汽车仪表等是发生的变化是最明显的。这些变化给半导体厂商和相关的系统厂商提供很多新的机会。
近几年，特别是最近5年来，汽车的外观虽然看起来跟之前的传统汽车差不多，但其内部的汽车电子发生了很大的变化。其中电池管理系统（BMS）、电机、T-Box、ADAS、雷达和汽车仪表等是发生的变化是最明显的。这些变化给半导体厂商和相关的系统厂商提供很多新的机会。

在8月30日，中电港主办的主题为“开启数字化驾驶时代”的2018“开放·联动”（中国巡回）产业对接会暨智能汽车技术研讨会深圳站上，邀请到了半导体原厂NXP、IDT、Microchip、Molex；模块厂商金雅拓（Gemalto）、芯讯通（SIMCom）；以及一些系统厂商共同分享了他们在汽车电子领域的最新产品和技术方案。

汽车中的电子占比越来越大

中电港汽车电子事业部高级技术经理黄锦首先介绍了中电港在汽车电子领域的思考和布局。在他看来，目前BMS是绝对的热门话题，因为BMS在汽车总体成本中占的份额是比较大的，“在传统的新能源汽车中，BMS总成占整车价值的一半以上，而且BMS在安全上要求非常高。不过，中电港已经推出了NXP平台的功能安全解决方案。在全国200多家BMS厂商中覆盖率超过了80%，其中宁德时代就是我们的合作伙伴。”

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图1：中电港汽车电子事业部高级技术经理黄锦。

黄锦同时表示，中电港还在挖掘BMS的新应用，比如传统电动车是通过纯电池供电的，而现在有一种新的思路是电池和燃油发动机两个系统分开供电，发动机发的电先供给电池，再由电池供电给汽车启动，这样可以让整个发动机工作在最佳状态，百公里油耗可以做到3L左右。

在汽车仪表方面，黄锦介绍了他们基于NXP的Halo平台做的解决方案，该方案可支持Linux和FreeRTOS或是双FreeRTOS系统。并且这个方案还可以同时做曲屏和HUD，因为主芯片带有硬件HUD图像校正功能。

黄锦强调，这个解决方案最大的好处其实是散热性能好，因为如果仪表图像要做得酷炫的话，一般芯片的发热量就会很大，这时一般都需要加散热片，甚至加风机。散热如果做得不好的话，夏天时，仪表的温度可能会超过100℃，这有可能会引发自燃。“而我们这个高性能低功耗的方案可直接使用，而不需要加散热片。预计明年会有很多车厂使用这个解决方案。”

他预计未来3到5年，T-Box会高速增长。原因有三个：一是新能源汽车已经强制要求安装T-Box；二是终端车厂已经把T-Box产品规划到所有乘用车；三是高端T-Box需求的出现，如项目要求和CarInfo车机-车联联动，实现远程控制功能等。

此外，黄锦还介绍了中电港在汽车ADAS和雷达方面一些典型解决方案。

功能安全更受重视

恩智浦高级应用工程师刘可鑫分享了恩智浦在新能源汽车及车身控制方面的解决方案。他重点介绍了恩智浦Qorivva系列MCU在新能源汽车BMS、Inverter及VDS方面的应用和面向新能源汽车动力、安全、整车控制的下一代S32计算平台。

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图2：恩智浦高级应用工程师刘可鑫。

随着新能源汽车的逐渐普及，恩智浦Qorivva推出了两颗新的MCU，分别是针对BMS的MPC5775B和针对控制器应用的MPC5775E。据刘可鑫介绍，这两颗芯片在性能上比之前的产品有了一些提升，并且支持锁步核、具有最高的安全功能等级ASIL-D、4MB 的Flash、CAN-FD以及CSE安全模块。

其中MPC5775B有3个Z7内核，每个最高工作频率可达220M，2个工作于锁步模式，4M Flash、256KB EEPROM、512KB RAM都带ECC，以及CSE2安全模块。

而MPC5775E是专门针对控制器应用的MCU，相对于MPC577B，其CPU提高到了264M，增加了一些专门针对控制器应用的外置模块，96通道的可编程电机控制定时器，以及了四个SD ADC，每个是20通道。他同时表示，恩智浦和第三方合作伙伴基于MPC5775E的解决方案参考设计，会在今年Q4推出。

恩智浦下一代S32计算平台Common Chassis是可扩展的平台，基于公用架构，可根据不同的应用，比如雷达应用、网关应用、视觉的应用，添加特有的功能IP。因此，派生出了针对功能安全和动力总成应用的S32S/P、雷达应用的S32R、下一代网关的S32G、视觉应用的S32V、自动驾驶的S32A、以及通用的S32K。

刘可鑫介绍说，根据性能不同以及使用ARM内核版本不同，S32有3个系列级别：

1、低端的应用ARM Cortex M内核的，专门针对控制应用的，对于计算没什么要求，像S32K1以及S32K2以及S32M。
2、中端的应用ARM Cortex R内核，也是针对控制应用，但又需要比较强的计算能力，像S32S、S32P、S32D。
3、高端是应用ARM Cortex A53/57内核，主要针对高性能计算，像针对视觉应用的S32V，自动驾驶的S32A和面向下一代网关应用的S32G。

在刘可鑫看来，Common Chassis最大的优势是可以在不同的产品线之间最大化的复用代码。这样可以提高代码的复用性，提高开发效率，比如说应用于网关的代码，也可以用于域控制器。

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图3：恩智浦S32平台产品路线图。

现在新能源汽车对功能安全的要求越来越高了，“恩智浦从功能安全提出时就开始参与标准审查和安全理念设计，我们是第一个基于ARM架构CPU内核实现锁步功能的公司，还实现了本地的故障检测及解决，而且还做到多内核系统中，整个系统在某个CPU内核运行的某个功能失效时，不会出现该功能失效、系统崩溃的情况。”刘可鑫表示。

在信息安全方面，S32计算平台的安全硬件单元相比于MPC57系列的HSM，在性能方面有很大的增强，现在是满足于Evita高等级要求，实现RSA和ECC的非对称加密算法，还有基于Hash的签名认证。

传感器在汽车中的越来越重要

IDT资深现场应用工程师梁平生介绍了IDT传感器在汽车电子方面的应用。他重点介绍了信号调理芯片SSC和位置传感器。

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图4：什么是SSC。

梁平生解释说，SSC就是传感器信号调理，大自然中的物理量（主要是压力），经过传感器模块，最后得到可用的数字信号，但前端输入的信号是非线性的，比如说很难测量的毫伏级信号，经过调理后，会得到比较干净、线性化的信号。

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图5：IDT资深现场应用工程师梁平生。

据梁平生介绍，IDT的SSC具有下面四大优势：

1，电源范围和温度范围。电源可以支持高压12伏或24伏，也可以支持低压4.5伏到5.5伏，整个模块电流消耗小于10毫安，这块的消耗主要是前端电路桥的消耗，芯片的消耗大概是1毫安左右。我们可以耐高温也可以耐低温，符合汽车上的要求，-40℃到125℃或150℃。会有高温寿命测试1000小时、3000小时和5000小时。
2，各种各样的接口，与ECU相连。一是纯模拟的，0到5伏；二是支持CAN、LIN、PSI5、SENT、PWM、OWI、EoL；三是分辨率大于14位，精确度0.5-2%；四是响应时间普遍小于1毫秒，主要取决于接口和位数，位数高响应慢一点，位数低响应快。
3，EMC性能优异。这块对各大车厂很有效，很多产品都死在这块。
4，OBD&BIST，符合汽车功能安全认证IOS26262要求，可以达到ASIL-D等级。

IDT的SSC产品分为电容和电阻两类。电容、电阻指的是前端电路可以是电容类，也可以是电阻类，可以是单通道或者多通道。不过电容类产品比较少，汽车用的产品基本上是电阻类的。

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图6：车用SSC架构图。

SSC的内部基本架构是，前端电阻桥，也就是电阻的输入。这里会有DSP做内部的校准和参数的抄写等。这里会把传统的模拟量、扭矩、压力、温度、力和重量等模拟信号通过信号调理转换为PWM、I2C、模拟输出等我们需要的接口，包括现在很多汽车上很重要的SENT输出。

其下一代产品ZSSC41X系列具有16位、18位的ADC，可以支持AOUT或SENT3.0协议。SENT是只发不收的协议，所以是准确率很高的输出方式。这和上一代产品的差别在于，首先有个SCM，其次有内部的CMC和RAM做纠错等，因此更加适合汽车上的应用，他推荐大家选择新品ZSSC41X系列。

梁平生还提到，ZSSC4151在中国已经有客户准备批量生产。主要是模拟输出，单桥，电阻型，可以支持温度校准，因为产品在室温和汽车环境下是不一样的，经过温度校准才能保证不同环境下输出都是准确的。这个产品还有高达正负40伏的过压保护，可以应对反接、接高压等异常情况。

同时，SSC信号调理产品会有一些通用评估板，包括通信板、SSC主板、模拟Sensor板。不同产品只有主板是不一样的，所以如果要尝试不同的产品，只需要申请一块主板就可以。

对于传感器，梁平生介绍了IDT不同于其他厂商的位置传感器，IDT电感式位置传感器。“IDT的位置传感器是电感式的，不需要磁铁，和旋转变压器一样适应不同的环境和温度。主要的问题是PCB板需要我们设计，因为需要一些仿真，但这部分我们可以帮你做。我们的产品可以适合低温等各类恶劣环境，适用于多种测量方式，线性、角度和圆盘测量180度的都可以做。同样的原理和同样的PCB，大小是一样的，成本也是一样的。”

他还特意指出，IDT的这个位置传感器产品符合ISO11452-8磁的要求。“现在车厂对电子组件的抗磁性要求比之前大，因为车上越来越多的电子设备，车厂需要把值放宽。但我们的产品其实对车厂的磁场干扰免疫，不受影响。因为大部分磁场都会停留在0到150KHz这个区域，而我们的电感式传感器是在1到10MHz（推荐停留3.5MHz），和干扰频率不相关，所以不会干扰到我们。”

另外一个优势是精度。“与HALL、GMR、TMR、AMR等磁阻相比，虽然覆盖的角度范围不一样，但除了AMR的结构导致的结果好一点，我们的表现始终是全范围最高0.2%。我们针对不同的测量角度范围，可以看到最后算出来的精度都是不一样的，测得越小，算出来的精度越高、绝对角度越低。如果我们只测20度，5201和5202测出来，可以做到0.02度，如果用5203可以做到0.05度。当你测一个比较大的角度满足不了精度要求时，可以选择测小角度。”他表示。

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图7：IDT电感式位置传感解决方案。

最后，他总结说，“我们的IC可以做成不同的方案，只要PCB板上画的线圈不一样就可以了。而且方案很简单，只要一颗芯片、3个外接电容、一个PCB、一个金属的Target，铝和铜都可以。而且还满足AECQ100，ESD、EMC等标准。”

3D手势在汽车中的应用

Microchip主任应用工程师王子蔺分享了Microchip电容传感和3D手势应用的原理，以及它们在汽车中的应用。

他强烈推荐的产品是Microchip在车辆门把手上的防水设计。因为车辆门把手安装在车身外，经常会受到雨水强烈的冲击，如果防水特性做得不理想，很容易导致误触发，或是没有办法触发。还有就是汽车上的触摸屏部分，像娱乐系统、导航系统等。

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图8：Microchip主任应用工程师王子蔺。

在防水门把手和车上的触摸屏应用，Microchip有一维、二维和三维的应用场景。

王子蔺解释说，一维方案主要是BSW，就是滑条、滚轮；二维是触摸屏或触摸板，可以报坐标或是简单的手势应用；三维就是捷豹SUV上使用的天窗遮阳帘手势控制，就是空间手势传感、检测人手的特定手势。

一维产品主要是整体解决方案，内部集成检测算法和检测代码，客户只需要通过I/O口或者通信口，进行控制或是接收触摸检测的状态，给后续的主控使用就可以了。目前有MTCH、CAP、AT42QT等家族。

针对汽车领域上的应用有两个比较新的方案，一个是防水门把手上的参考设计，另外一个是脚踢传感器。脚踢方案目前是基于SAM HA1家族，收发器已经并在里面，但车厂可能会指定CAN/LIN的收发器等，这时就可以用通用的单片机，外部扩一个收发器，也可以自动搭配一个都行。防水的算法基本上和汽车门把手的方案类似，这部分的防水算法已经申请了专利。

二维的简单应用可以实现一些手势识别。比如四个方向的滑动、转圈和两指的手势，都可以识别。Microchip的方案有抗干扰的能力，可以支持厚手套，人在穿戴厚手套也可以识别，还有书写笔的控制，书写笔可能是有缘、无缘的，都可以支持。另外抗潮湿特性强，如果存在湿气还可以保证正确检测到手指手势，避免误操作。

三维产品可以用空中检测一部分内定的手势识别。主要使用专用MGC家族芯片，其内建空间手势识别检测库，算法也是内建在库里，只需要通过四个电极构成框架式的结构，类似于capsensor的检测，可以识别在此范围内的常见手势，比如上下左右的滑动、转圈等，和Sony智能音箱的操作基本类似。

车内连接器趋向小型化

Molex亚太区业务经理佟圣辉为大家介绍了Molex应用在汽车领域的主流产品以及车用连接器产品的未来发展趋势。

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图9：Molex亚太区业务经理佟圣辉。

连接器就是绝缘和导体，而汽车连接器最重要的是端子系统，最难设计的部分也是端子部分。汽车连接器有0.5、0.64、1.5的端子系统，现在还有1.2、2.8、6.3，甚至更高的。

汽车连接器主要的参数有电流、安全等级、环境和抗震等。现在随着新能源汽车的兴起，对汽车连接器的工作温度、阻燃等级也有了更高的要求。另外，由于汽车行驶环境比较恶劣，防水等级也必须加以考虑。

佟圣辉介绍说，MX150是Molex汽车连接器市场中占比最高的产品。这个产品一共有16年的历史了，去年一年的销售额就达到了2亿美元。它用的是1.5毫米的端子系统，最大电流可以达到22安培。工作温度是-40℃到125℃，“有的新能源车客户希望可以达到150℃，我们也有150℃产品推出。”

该产品的防水等级是IP67。加后盖后可以提升防水等级到IP69。

“它主要的优点是不需要线密封，直接在连接器上做密封。”佟圣辉表示。

Mizu-P25，2ckt是最小的防水，是IP67的防水等级，最小设计出来是给冲水马桶、智能马桶，因为是智能马桶也不是纯机械的，用到电子控制的部分，就有用到防水产品，现在最广泛的应用是在汽车领域，有主动的锁扣功能，有分125伏和250伏两种版本，只有2ckt、3ckt和4ckt的选择。

由于以太网的重量比较轻，传输速度可以达到5G、10G。因此现在很多车厂都愿意在车内使用以太网来降低车身重量。

智能网联是大势所趋

金雅拓华南区区域销售经理张燕妮分享了金雅拓在智能汽车方面的主流产品解决方案。

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图10：金雅拓华南区区域销售经理张燕妮。

据张燕妮介绍，金雅拓主要的工规和车规客户包括宝马、奥迪、DENSO、飞利浦等。其通信模块产品主要面对工业物联网市场和汽车市场。可以给客户提供整套的服务，在设计初期就可以帮助客户设计电路图，提供整套的设计服务。产品型号包括2G、3G和LTE模块，鉴于汽车应用的特殊性，金雅拓为汽车市场提供了贴片式的封装，以保证更好的接触，提高可靠性和稳定性，还可以解决高低温导致的变形和灰尘问题。

同时，金雅拓在法国有一个专门负责汽车安全的小组，有50多个专家成员，可以给客户提供安全咨询和攻防测试服务。她举例说，国内的东风神龙已经签署了两次攻防测试安全咨询。

金雅拓在汽车安全连接方案也投入不少，他们提供的安全芯片是防篡改的芯片。芯片具有自毁功能，当芯片遭到黑客物理破解或软件攻击时，在被破解到30%~40%时，芯片就会自毁，让攻击者无法读取到存储在其内的客户证书、密钥和敏感信息。

张燕妮还强调，“我们的安全芯片可以支持所有的软件算法，可以做到的安全等级是EAL5+。这是一个非常高的安全等级，相当于金融级安全级别。”

说到连接模块，国内的芯讯通公司也做得相当不错。芯讯通华南区销售总监李九林介绍说，芯讯通M2M市场全球出货量连续四年第一位。“我们2G用MTK的方案，3G和4G用高通的方案，和主流的平台合作都有十几年的历史。在认证上，我们有中国的CE、美国的FCC、欧洲的GCF等100多个认证，海外的销售是没有问题的。”

在汽车上最开始用的是2G模组，主要用来做车载监控和救援等应用；后来是车载娱乐、LBS、导航；再就是车载系统、远程遥控和ADAS等；未来将会是智能交通、人工智能和自动驾驶等应用。市场容量会越来越大，但对模组的速度和带宽要求也会越来越高。

车载无线通信模块需要比工规模块更宽的工作温度、更高的品质、支持远程升级、强抗干扰能力、强ESD防护、更长生命周期等特性。

李九林自豪地表示，芯讯通的SIM7800模块能够完全满足这些要求。该模块由车规级芯片设计，标配4+2LDDR，可以满足国内三大运营商全网通的模组；接口比较丰富，两到三个串口，有一个支持WiFi，车载T-Box的需求都可以满足。这款车规模组目前有两个配置，一个是7800CE针对国内市场，7800E是针对欧洲市场。

“W59模组是车规模组配套的WiFi+蓝牙的配套Combo模组，可以支持WiFi模组驱动，不用远程设置就可以实现WiFi热点覆盖的基本功能。”他表示。

在7800的软件开发环境这块，芯讯通开放Linux软件包给用户做二次开发，除了高通私有代码不开放，他们自己的应用层可以源码给客户，方便客户做设计。

此外，在汽车电子巅峰对决的五个项目里，中电港萤火工场电源应用中心的BMS项目部经理胥正伟介绍了《新能源汽车无线传输模块》；深圳市布谷鸟科技有限公司副总裁戴智翔分享了《高度灵活的L4计算平台》；百瑞互联技术有限公司总经理朱勇带来了《蓝牙WiFi汽车电子解决方案》；深圳市澳颂泰科技有限公司总经理孙雷介绍了《惯导与驾驶行为分析产品》；深圳市天双科技有限公司总经理张彦平介绍了《基于视觉感知算法研发的360环视ADAS方案》。最后，《基于视觉感知算法研发的360环视ADAS方案》获得了本次论坛的最受欢迎方案。