汽车电子

市场调查机构Omdia近期报告显示,全球半导体市场增长幅度将由2021年的21.1%降至2022年的4.2%,增速趋于平缓。但汽车半导体市场仍将出现大幅增长,市场规模将由2021年的500亿美元增至2025年的840亿美元,IHS Makit则预测汽车半导体市场规模将于2030年达到1100亿美元规模。非常明显,汽车相关的需求方面依然处于旺盛状态。与之相对应的供给方面,在经历过2021年全面大缺货后,消费类电子市场看到了较为明显的过剩,而各类车规芯片依然处于紧缺和涨价状态。 这其中,各类MCU因其品类繁多且用量巨大已成为车规芯片中的关键供应部件。Insights表示,去年由于市场供给吃紧,MCU 平均售价大增 10%,为近 25 年来最大的增幅,预计2026 年前 MCU 售价将逐年向上。以产值来看,2021 年MCU 产值激增 23% 达到了196 亿美元,今年将持续成长,预估达 215 亿美元,年增 10%,续创历史新高。其中,车用 MCU 比重则达 40%,且为未来 5 年增长速度最快的应用。基于车规MCU的战略重要性、稀缺性,越来越多主机厂倾向于优先选择可用的国产MCU芯片。本文将重点追踪报道车规MCU中的触控类芯片和方案。

触控或压力按键MCU 作为专用MCU 的一种,是汽车智能化发展关键的元件之一,由仪表,娱乐,空调等分离单元组成的传统座舱快速向座舱域+ADAS域演变, 中控大屏或贯穿式一体屏越来越多的出现在新款汽车产品中,用于控制空调和娱乐导航等功能的机械按键逐渐被智能按键替代, 汽车内饰智能表面,塑电一体化,电子和内饰的融合等概念也在促进传统的物理按键开关转变为到当下流行的智能开关或按键。智能按键除带来新的用户体验外,在结构件的小体积轻量化方面也显示出越来越明显的优势。 每辆车上触控MCU 的用量将从目前的平均4-5 颗快速增长到20-30颗。

从几个主要MCU 厂家最近发布的信息来看,今年第二季度MCU的价格将有新的一波涨价,货期也在继续拉长,这一趋势预计还会持续较长时间,分析原因主要有以下几点:

1、在汽车智能化、自动化、电动化趋势下,汽车电子架构重构,MCU数量和算力需求不断增加。数量的增加主要体现在新功能的加入,包括传统机械功能向电气化的转变如机械按键向智能按键的转变;传统底盘向线控底盘的转变;LED替代白炽灯;氛围灯的广泛采用(由10颗到30颗);ADAS 相关的传感器如图像(由5颗增加到7颗到11颗)、毫米波雷达(3颗到7颗)、激光雷达(2到3个)、超声波雷达(12颗)等数量的增加;新能源相关的主驱电机驱动、BMS、OBC、DCDC、PDU、PTC、电空调等, 网联汽车需要的T-Box 和各种无线连接功能如蓝牙、NFC、UWB 等。算力的提升主要来源于ADAS 相关AI大算力、智能座舱功能的升级;电气架构从分布式向功能域和区域功能的集成也需要高算力的MCU 来实现各个域之间的高速互联如Ethernet;软件架构向Autosar 的转变也带来MCU 高性能的要求。所有这些演进还处在快速发展和需求快速增长的过程,离进入平台期还有相当长的时间。无论数量的增加还是算力的提升体现在供应端都意味着晶圆需求成几倍的增加。

2、供应链端扩产速度的限制 传统的汽车电子MCU供应以IDM 为主, 晶圆厂是各个IDM 自建自用,基于以往半导体市场的荣枯周期的经验,IDM 在扩产时会考虑产能利用率和投资回报,扩产相对谨慎,在新的技术浪潮下,新产能投资缓慢。在最新一代高性能MCU 产品方面,传统的IDM 也逐渐转向Fablite 模式, 产能的增加也更多依赖Foundry 厂产能的提升 在晶圆代工和封测端,由于汽车电子对产品品质和资质要求的高门槛,符合车规级质量体系和工艺能力的厂家数量有限,这也是产能提升有别于其它消费类和工业类市场的原因。另外在汽车电子需要的一些特色工艺上, 晶圆代工厂需要更长的开发时间。

3、Fabless 厂家在设计方面的学习曲线 产品满足AEC-Q100 可靠性标准只是最低要求,汽车电子有其自身的一套从设计,生产到品控方面独特的工程学方法,体现在IATF16949中,从APQP, FMEA, PPAP、MSA 到SPC需要一套系统的方法来满足汽车电子产品的要求, 涉及安全的部分需要满足ISO26262功能安全认证。涉及域控部分要满足软件Autosar 架构等, 整个体系对新进的Fabless 厂家来说有比较长的学习曲线。这也导致供应端的增加速度较慢。

基于以上原因车规级MCU 的供应问题还会持续较长的时间,相比通用MCU车规级触控MCU供应商数量更少,基本上集中在Microchip, Infineon 等厂家,随着需求的快速增长预计整个供应状况将比通用MCU更加紧张,持续时间也更长。目前在客户端都在积极的寻找替代方案,以满足快速增张的需求。

上海泰矽微基于设计,应用,工程和品控以及市场团队在汽车电子半导体方面丰富的经验,经过两年多的研发和工程验证于今年3月份正式量产了专用于汽车智能表面和智能触控开关的TCAE11-QDA2和TCAE31-QDA2两款专用MCU芯片,可以部分解决触控专用MCU 市场供应不足,替代品少的问题,两款芯片均通过AEC-Q100 Grade 2 完整的可靠性认证测试。该系列SOC芯片基于ARM Cortex-M0 内核,主频32MHz,内置64KB Flash 和4KB SRAM,支持LIN总线通信,具备高抗干扰性和高达8kV HBM ESD性能,独有的Tinywork®外设联动机制可以实现超低功耗。TCAE11 是纯电容触摸的芯片,支持最多10路的电容触摸通道,功能上方面可以完全替代国外品牌。

TCAE31是全球首款同时支持电容触控和压力感应的车规级MCU芯片,它在TCAE11 的基础上增加了低噪声电压源,2级最高1024倍增益放大PGA, 高精度ADC,失调电压动态补偿等电路单元,可实现22 bits宽动态和最小uV级信号测量,适合于外接多种形式的电桥类传感器用于压力检测和测量功能,适用于MEMS压感,应变片压感,及电阻压感等多种压力传感器的信号调理和采集及算法处理,可以检测微小变形量实现细颗粒度的识别算法。TCAE31充分考虑了实际应用中可能面临的复杂变化要素,如由于装配,温度,湿度,老化,干扰等引起的参数变化,通过宽范围实时动态补偿结合智能演算法实现压力检测的持续可靠性。再结合电容触摸通道,实现电容+压感复合智能按键,可真正实现汽车应用所需的高抗干扰,防误触,防水等高可靠性要求,适用于如智能表面,智能B柱,智能中控,智能Logo,智能门把手等复杂车内和车外应用环境。泰矽微始终秉持高性能,高集成度及高可靠性的产品开发理念,配合泰矽微自主知识产权智能算法,可以提供领先的车用智能按键和智能表面解决方案。 泰矽微针对其它应用的车规级产品也在积极的开发中。

基于量产的两款芯片,泰矽微开发的几个参考设计也陆续完成:

01、TCAE11 汽车阅读灯触摸控制参考设计

LED 阅读灯目前已经是新车的标准配置,阅读灯开关有机械式和电容触摸式; 电容触摸感应电极可以环绕LED 光源布置,不像机械开关那样需要单独的空间布置开关,触摸开关可以覆盖整个LED 光源的面积,人手触摸到灯表面就可以实现灯的开关操作,不需要定位到开关的位置。 由于去除了机械开关,阅读灯表面造型设计灵活性,做到既美观又实用,触摸开关在阅读灯上的应用越来越广泛。

TCAE11 LED 阅读灯参考设计如图一所示,方案可以实现一个或两个阅读灯的控制,冗余的电容检测通道用于实现防水,防电磁场干扰检测等功能,实现高可靠的触摸检测。芯片附带的UART 接口可以用于和BCM 之间的LIN 通讯, GPIO口可以用于LED 灯的控制,实现完整可靠的阅读灯方案。

“国产车规级触控MCU方案助力汽车智能按键应用"

“国产车规级触控MCU方案助力汽车智能按键应用"

02、TCAE11车顶控制器中的应用

除了单独的阅读灯, 车顶控制器会集成更多功能如舱内灯开光和控制功能, 车门灯,应急灯,后排座灯开光等功能。 TCAE11 提供的多路GPIO口可以实现多路机械开关检测和阅读灯触摸开关, 配合天窗控制单元实现车顶控制器的完整功能,如图二。

“国产车规级触控MCU方案助力汽车智能按键应用"

要实现可靠的电容触摸检测需要硬件和软件协同优化,泰矽微在整体方案方面通过跟市场头部客户的紧密合作积累了丰富的经验,参考设计充分考虑了实际产品需要满足的抗浪涌, 抗静电,抗电磁干扰要求,客户方案已经通ISO11452, ISO7637, ISO16050 系列相关EMS 测试。

上述触摸开关参考设计是基于纯电容方案,设计面临的主要挑战是在检测灵敏度,防误触和EMC方面的优化和折衷;主要是在以下方面:

1. 在灵敏度方面,希望触摸电极的设计能有最小的对地寄生电容,这样在触摸的状态下,会产生更大的相对电容量变化,灵敏度高。

2. EMS 抗干扰特别是抗射频干扰方面,希望触摸电极有低的对地阻抗,以减少射频能量的接收 一般的做法是在触摸电极周围加地线屏蔽环或在PCB 的另一面加地屏蔽层,这势必会增加对地寄生电容降低灵敏度和上述灵敏度的要求是背离的,这就要有个优化和折衷的考虑。另外在汽车电子的应用中,触摸电极往往是单层的ITO 或其它薄膜形式,增加地屏蔽层不可实现,这进一步增加了EMS 设计的难度和复杂性。

3. 其它优化措施还包括跳频模式的电容检测、防抖动、动态基线调整算法等。

但整体来讲,要实现可靠的电容触摸按键功能需要硬件方面经验的积累和软件算法的多轮优化, 最终的方案往往是多个性能指标和可靠性,抗干扰方面的折衷。如果引入两种以上不同的检测方式可以大大简化硬件和软件发面的设计难度,在实现高灵敏度的情况下也可以满足抗干扰性能实现可靠的触摸检测, 泰矽微TCAE31 就是其中一种双模方案,结合了电容触控和压力检测, 两种模式的融合可以实现更优的智能按键并缩短产品的开发周期。

03、TCAE31智能表面参考设计

该参考设计采用TCAE31 双模检测芯片,在下图三中央扶手控制器顶部控制器的参考设计中,压力检测通道用于检测面板的按压状态, 5个电容触摸按键用于定位具体的按键,压力检测通道采用高灵敏度低阻抗的惠斯通电桥结构, 电信号采集通过芯片集成的差分采样信号链通道,低阻抗加上差分信号检测使得抗干扰性能明显增强。同时由于有压力检测通道的加入,电容触摸通道的灵敏度可以做的更高,并且不需要采用纯电容模式经常需要的屏蔽电极或冗余电极,电容触摸通道的利用率更高,是多按键智能表面的理想解决方案。

“国产车规级触控MCU方案助力汽车智能按键应用"

“国产车规级触控MCU方案助力汽车智能按键应用"

“国产车规级触控MCU方案助力汽车智能按键应用"

在开发工具方面,泰矽微可以提供参考设计的完整文档和相关开发工具SDK,可视化性能调优工具等, 可以简化代码开发,助力客户实现高效的产品开发和导入。泰矽微也可以根据客户特定项目提供从原理图到PCB到EMC 测试的完整方案,进一步缩短产品开发周期。

“国产车规级触控MCU方案助力汽车智能按键应用"

泰矽微TCAE11 和TCAE31 两款产品目前已经在多家Tier 1客户的项目中采用,应用覆盖阅读灯,尾门Log 按键,智能中控面板,智能内饰面板,门把手等。更多的参考设计也在陆续开发中,后续会陆续发布。

“泰矽微的核心团队皆来自于全球头部芯片商,包括Atmel,TI,On Semi,NXP等,在车规MCU方面具有深厚积累,我们正全面布局车规MCU及分离器件市场,后续还将持续推出各类极具竞争力的车规芯片” 泰矽微高级市场总监朱建儒在接受采访中介绍道。有理由相信随着泰矽微向纵深方向发展,必将为车规芯片供应带来更多国产力量的注入!

关于泰矽微

上海泰矽微电子有限公司2019年成立于上海张江,是一家中国领先的高性能专用MCU芯片供应商。公司专注于物联网应用相关的各类芯片的研发,已获得多个知名投资机构的大力扶持与投资。公司聚集了一批顶尖的半导体专家,致力于发展成为平台型芯片企业。团队具有各类系统级复杂芯片的研发能力,所开发的芯片累计出货达数十亿颗。公司已在信号链、电源及射频等方向积累了大量的MCU芯片方案,可覆盖消费类,工控及汽车等应用领域。差异化的芯片产品在树立行业标杆的同时,也将为更多物联网企业赋能,更好服务于客户需求。

来源:泰矽微
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2021年12月24日,芯海科技(股票代码:688595)向不特定对象发行可转换公司债券申请获得上海证券交易所科创板上市委员会审议通过,本次募集资金用于“汽车MCU芯片研发及产业化项目”,标志着芯海科技全面进军汽车电子。

“芯海科技全面进军汽车电子"

缓解芯片供需矛盾,减少汽车芯片进口依赖

近年来,中国汽车工业蓬勃发展,全球汽车生产的重心正向中国转移。根据中国汽车工业协会的统计数据,截至2020年末,中国半导体自给率为15%,其中汽车芯片自给率不足5%,国产替代空间巨大。
汽车芯片是汽车生产的重要元器件,关乎国家汽车产业核心竞争力。随着国际贸易摩擦加剧,芯片自给率低已成为未来可能制约我国汽车产业发展的重要因素。相关政府部门已意识到尽快实现芯片等核心供应链自主可控的重要性,并相继出台了一系列支持政策。在此背景下,芯海科技“汽车MCU芯片研发及产业化项目”可以增加国内汽车芯片自给率,减少进口依赖,同时在一定程度缓解目前存在的芯片短缺问题,保障我国汽车行业的长期发展。

实现业务战略延展,促进科技创新水平提高

芯海科技作为高新技术企业,具备较强的技术研发实力,能够快速响应下游客户需求,开发出安全可靠、质量稳定的产品。公司依托高精度ADC及高可靠性MCU技术,不断推出新的产品及解决方案,拓展产品应用市场。芯海科技一直以来坚持技术创新,提升产品质量与供应链管理水平,公司芯片产品已经广泛应用于高端消费、工业、医疗、汽车后装等市场,并赢得了广大客户的认可。

“芯海科技全面进军汽车电子"

为了继续巩固并保持公司在全信号链芯片市场的领先地位,公司进一步将产品延伸到汽车电子市场,将为未来提供持续发展的强劲动力。汽车是MCU技术领域的一个重要应用方向,项目的建成能提升公司在MCU领域的竞争力。通过本次募投项目的实施,将进一步增强公司的汽车MCU芯片的研发设计能力和产品销售,相关汽车电子研发人员、研发设备以及研发场所都将得到增加,并提升公司相关产品的技术水平和工艺路线,显著增加公司在汽车MCU芯片领域的研发实力和自主创新能力,增加公司核心竞争力。“汽车MCU芯片研发及产业化项目”是公司战略发展的重要一环,是立足未来发展和保持公司科技创新能力的重要举措,将有力的促进公司科技创新水平提升。

“芯海科技全面进军汽车电子"

近日,2021国际汽车电子创新发展论坛在上海举行,芯海科技资深市场经理袁昆受邀出席并做《信号链MCU提升汽车电子用户体验》主题演讲,分享芯海科技如何用技术创新赋能汽车产业。并在同期的圆桌论坛上,与现场嘉宾共同探讨智能驾驶的现状、发展趋势以及本土芯片企业所面临的挑战和机遇。

在汽车普遍缺芯的现状下,公司首颗车规级信号链MCU已于去年底通过AEC-Q100认证并导入汽车前装企业的新产品设计。此外,公司已经与德国莱茵达成战略合作,希望通过与莱茵的合作从芯片设计到工艺、供应链、质量、体系建设等流程上保证芯片功能安全。

“芯海科技资深市场经理袁昆发表演讲"
芯海科技资深市场经理袁昆发表演讲

目前,芯海科技已通过完整车规级认证的高性能信号链MCU芯片能够应用于多种智能座舱场景,从而提升座舱的科技感和用户体验,正在汽车前装企业的产品设计中开始导入。未来几年,芯海科技将持续加强汽车电子产品的研发与质量体系建设,全系列高功能安全车规MCU产品将陆续投入市场。

来源:芯海科技
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瑞萨电子集团(TSE:6723)近日宣布,丰田汽车公司(以下“丰田”)采用其R-Car H3及R-Car M3片上系统(SoC),用于下一代车载多媒体系统。R-Car H3和R-Car M3是瑞萨专为车载信息娱乐(IVI)应用而设计的,通过传递图像、音频以及来自车内外各种信息,为驾驶员带来安全和便利。丰田的下一代多媒体系统计划在雷克萨斯NX上首次亮相——这款车型将于2021年11月之后发布,并将在更为广泛的雷克萨斯和丰田品牌汽车中推广。

“瑞萨电子创新汽车电子芯片助力丰田雷克萨斯下一代多媒体系统"

丰田的下一代多媒体系统采用最大至14英寸的大尺寸、高分辨率触摸显示屏。显示区域可灵活划分为可缩放的多个部分,打造先进功能与便利性的卓越组合。该系统具备丰富的语音识别功能,如响应语音命令快速启动、车载音响系统,以及空中下载更新(OTA)软件等。

在这些功能中,瑞萨电子的R-Car SoC实现了将地图信息、图像和视频输入从用户的首选设备(包括智能手机和连接的应用程序)顺利导入大显示屏、通过触摸处理显示屏控制以及通过麦克风输入的语音识别功能和音频输出到多个扬声器。不仅如此,R-Car SoC内置安全功能,可保证安全的OTA软件更新,通过R-Car可靠的计算性能提供先进连接服务支持。

多媒体系统功能因车型而异,丰田将R-Car H3定位在全功能高端车型,其它车型则采用R-Car M3中端版本。R-Car提供跨不同芯片的出色软件兼容性,有助于将系统扩展至多种车型时,让开发更加高效。此外,瑞萨丰富的生态系统合作伙伴还可提供额外的开发支持。

丰田汽车公司连接系统开发部部长小林正人表示:“为了满足CASE时代用户的多样化需求,一种新的多媒体系统应运而生。在实现卓越系统的开发过程中,我们面临的两个最大挑战是在确保必要的性能前提下高效开发和设计复杂的汽车软件。瑞萨电子的R-Car SoC专为汽车应用而设计,提供卓越的性能和可靠性,并以强大的生态系统为后盾——这种组合助力我们开发创新的多媒体系统。”

瑞萨电子高级副总裁、汽车电子解决方案事业本部本部长片冈健表示:“很高兴看到瑞萨R-Car SoC成为丰田下一代多媒体系统的重要组成部分,而且配备该功能的雷克萨斯新款车型也即将上市。我热切期待着提供直观用户体验的下一代驾驶舱系统将适用于未来的各种车型。我也期待未来这些为用户带来安全、便利和更好的体验的车型在全球范围内得以推广。”

关于瑞萨电子集团

瑞萨电子集团 (TSE: 6723) ,提供专业可信的创新嵌入式设计和完整的半导体解决方案,旨在通过使用其产品的数十亿联网智能设备改善人们的工作和生活方式。作为全球微控制器、模拟、电源和SoC产品供应商,瑞萨电子为汽车、工业、家居、基础设施及物联网等各种应用提供综合解决方案,期待与您携手共创无限未来。

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10月25日,芯海科技(股票代码:688595)与德国莱茵TÜV大中华区(简称“TÜV莱茵”)在芯海科技总部举行了芯片功能安全流程及产品认证项目启动仪式。芯海科技董事长卢国建、副总裁万巍、市场总监丁京柱、TÜV莱茵大中华区工业服务与信息安全事业群副总裁、高级工程师陈伟康博士、副总经理杨家玥、销售主管晏娆等双方代表出席了此次仪式。

“TÜV莱茵陈伟康博士与芯海科技董事长卢国建合影"
TÜV莱茵陈伟康博士与芯海科技董事长卢国建合影

“芯海科技与TÜV莱茵战略合作签约仪式"
芯海科技与TÜV莱茵战略合作签约仪式

TÜV莱茵是最早在中国开展功能安全业务的国际第三方认证机构之一,也曾作为编委会成员参与了ISO 26262标准的制定。TÜV莱茵一直是汽车检测认证领域的领导者,可为整车厂和零部件供应商提供一站式解决方案。在汽车功能安全和网络安全领域,TÜV莱茵提供的服务涵盖ISO 26262、Automotive SPICE、TISAX、ISO/SAE 21434、渗透性测试等,全面满足企业发展需要。

“TÜV莱茵在汽车领域全面的服务能力"
TÜV莱茵在汽车领域全面的服务能力

“芯海科技总工陈敏主持会议"
芯海科技总工陈敏主持会议

芯海科技副总裁万巍表示:“很高兴与TÜV莱茵合作芯片产品的功能安全流程及产品认证项目,希望在双方的共同努力下,芯海科技能够不断提升产品性能和技术实力,打造体系化的高规产品。”

“芯海科技副总裁万巍"
芯海科技副总裁万巍

“芯海科技市场总监丁京柱"
芯海科技市场总监丁京柱

在智能汽车变革中,芯海科技信号链MCU具有举足轻重的作用。芯海科技一直持续深耕信号链MCU,相关产品已广泛应用于智慧健康、压力触控、工业测量、智慧家居等领域,公司首颗车规级信号链MCU已于去年底通过AEC-Q100认证并导入汽车前装企业的新产品设计。希望通过与莱茵的合作从芯片设计到工艺、供应链、质量、体系建设等流程上保证芯片功能安全。

“TÜV莱茵陈伟康博士"
TÜV莱茵陈伟康博士

TÜV莱茵陈伟康博士表示:“芯海科技拥有优秀的研发设计水平和专业技术团队,此次项目启动更是展示了其对于功能安全的重视。凭借在功能安全领域的技术优势和丰富经验,TÜV将与芯海科技紧密合作,帮助其确保芯片产品的安全性和可靠性,提升在汽车市场上的综合竞争力。”

“芯海科技副总裁万巍与TÜV莱茵陈伟康博士签约"
芯海科技副总裁万巍与TÜV莱茵陈伟康博士签约

随后,嘉宾一同参观了芯海科技数字展厅,双方对芯海科技架构体系、物联网场景应用、健康测量与AIoT、工业应用、汽车电子、人才优势、经营优势等内容展开交流。

“嘉宾一同参观展厅"
嘉宾一同参观展厅

展厅参观结束后,芯海科技董事长卢国建同德国莱茵TÜV大中华区团队进行友好交流,对后续合作展开探讨。

“双方友好交流"
双方友好交流

ISO 26262是全球公认的汽车功能安全标准,覆盖汽车产品的全生命周期,包括功能安全管理、概念、系统、硬件、软件阶段的开发、支持流程、安全分析、产品可靠性、产品发布等所有环节。该标准旨在将系统性失效和随机硬件失效造成的风险控制在可接受范围。

ISO 26262认证在汽车行业内认可度极高,尤其对整车企业和Tier 1系统商来说,使用通过该标准的电子电气元器件能够保证汽车产品的功能安全和可靠性,因此该标准也被行业普遍认为是芯片可以用于量产车上安全相关零部件的必要条件。

“芯海科技与TÜV莱茵开展战略合作,信号链MCU赋能汽车产业发展"

汽车电子芯片市场是综合实力的竞争,对产品的可靠性、品质管控、供应链管理都有很高的要求,同时,汽车电子相较其他产业投入更大,回报周期更长。近年来国家政策对本土厂商大力支持,此次和莱茵战略合作签约将有力促进公司标准化体系建设并加快公司在汽车电子领域技术创新的步伐。

“芯海科技与TÜV莱茵团队合影"
芯海科技与TÜV莱茵团队合影

经过18年的发展,芯海科技已经在模拟和MCU领域积累了丰富的技术和可靠的团队,未来公司将持续深耕ADC及MCU,扩充更多产品品类,为客户提供更安全、更完整的汽车芯片系列和方案。

来源:芯海科技
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由于近期国内疫情还未完全控制,为了配合目前上海市的防疫防控要求,切实保障广大参展人员的身体健康和生命安全,确保参展商的参展效果,在与有关单位充分沟通并听取了各方意见后,中国电子展组委会和中电会展与信息传播有限公司非常遗憾的决定:原定于2021年12月5日-7日在上海新国际博览中心举办的“第98届中国电子展”将延期举办,原定于6日下午举办的MCU生态大会将同步延期,举办时间将另行通知。

对于展会延期给您带来的不便,我们深表歉意。您的报名依旧有效,待会议时间确定,我们将通过您的预留邮箱通知您,期待与您再会上海!

随着智慧物联网市场的爆发,作为物联网核心器件的MCU迎来了高速发展,据专业分析机构IC Insights的数据显示,2021年全球MCU市场将达到160亿美元(折合人民币1033亿),年复合增长率达到6.7%。单看中国市场,据Omdia的数据显示,2021年国内MCU市场规模将达到294.19亿元,在这个广阔的市场中,本土MCU已经开始担任主角。

据Omdia的数据显示,2021年国内MCU市场规模将达到294.19亿元

经过几年的市场培育,本土MCU已经开始高速发展,兆易创新、华大半导体、灵动微电子、航顺芯片、芯旺微、赛元微电子、极海半导体、芯海科技、国民技术等本土MCU都已经大量被系统厂商采用,已经成为家电、消费电子、工业领域的主要力量。

第98届电子展将采用“2+6”全新展会布局,以“元件强基 万物互联”为主题,以“2”--基础电子元器件、集成电路两个核心技术板块为牵引,积极拓展“6”--5G与物联网、汽车电子、防务电子、工业电子、消费电子、医疗电子六大创新应用板块,电子创新网将与主办方合作举办“2021首届MCU生态大会”,聚焦MCU生态建设,邀请MCU上下游内核、开发板、烧录企业、嵌入式OS企业、MCU原厂企业聚集一堂,共话MCU生态发展,助力产业掘金智慧物联网。

欢迎踊跃报名!

生态大会活动现场将发布《本土MCU新锐十强》排行榜。点击前往投票!

该奖项将分为网上投票和评委评选两个阶段,综合评价后最终评选出十家企业公司。

请工程师朋友从MCU产商的商业模式、产品架构、产品创新、方案创新、开发环境和工具支持以及生态建设等方面综合考虑进行投票,谢谢大家的支持!

*注:
由于会议时间延期待定,网上投票截止日期亦延期待定。
每人每天限投一次,一次可选择十家企业公司,多选票数作废。

欢迎参与评选的产商下载《MCU产商参选信息表》并填写相关信息,e-mail至demi@eetrend.com(曾小姐)。

如有任何疑问,请与我们联络,联系人:张先生(18676786761)。

第98届电子展MCU生态大会
会议时间:延期待定
会议地点:上海新国际博览中心

主办单位:中国电子器材有限公司
承办单位:电子创新网、中电会展与信息传播有限公司
协办单位:上海市集成电路行业协会

内容规划(暂定)

时间 内容 拟邀厂商
12: 30--13: 30 签到  
13: 30--13: 50 欢迎致辞与《本土MCU发展十大不足》 电子创新网CEO张国斌
13: 50--14: 10 MCU创新方案介绍 华大半导体
14: 10--14: 30 MCU创新方案介绍 灵动微电子
14: 30--14: 50 MCU创新方案介绍 泰矽微
14: 50--15: 10 MCU内核发展趋势 安谋科技(Arm China)
15: 10--15: 30 茶歇休息交流
15: 30--15: 50 MCU创新方案介绍 航顺芯片
15: 50--16: 10 MCU开发烧录现状与未来 创芯工坊
16: 10--16: 30 MCU OS发展趋势 RT-Thread
16: 30--16: 50 MCU创新方案介绍 澎湃微电子
16: 50--17: 20 待定 阿里巴巴平头哥
17: 20--17: 50 《本土MCU新锐十强》排行榜发布 电子创新网
17: 50--18: 05 抽奖,会议结束  


更多大会详情请点击

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近日美光科技汽车系统架构高级总监Robert Bielby接受了电子产品世界专访,介绍自动驾驶和智能座舱的发展趋势以及对内存和存储器件的新要求。

#1、自动驾驶的技术趋势

1)自动驾驶汽车,甚至是普通的ADAS或者智能汽车,正在变成车轮上的数据中心。

自动驾驶汽车需要处理海量数据,这类汽车预计平均每天会产生20 TB的数据。再加上在车载信息娱乐(IVI,in-vehicle infotainment)和ADAS中都需要使用的人工智能(如手势识别、自然语言处理、计算机视觉、目标检测和识别),还有高清显示屏、自适应巡航控制、语音助手和其他数字化座舱功能,汽车需要在瞬间整合并分析这些数据,对内存和计算的需求也因此呈指数级增长。

实际上,自动驾驶汽车,甚至是普通的ADAS或智能汽车,正在变成车轮上的数据中心。这些新兴的汽车技术都推动了对更多DRAM和存储的需求。事实上,Gartner预测汽车内存市场将在2024年增长到63亿美元,比2020年的24亿美元增长了1倍多。

同样重要的是,即使在处理和存储这些海量的数据和媒体时,这种内存和存储器也要尽可能的保持低功耗和节能,否则驾驶员将不得不经常给电动汽车充电或者给汽车加油——这既昂贵又不方便,而且不环保。

为保证续航里程,汽车原始设备制造商和供应商需要使用低功耗、节能的内存。LPDDR5出色的能效有助于提升续航里程,降低排放,实现更为环保的交通出行,推动自动驾驶的未来更加可持续发展。

2)完全自动驾驶需要非常高的实时人工智能计算性能。

如今,自动驾驶汽车的量产已“指日可待”。然而,要实现这一愿景,需要处理来自用于检测、识别、跟踪和预测道路上物体行为的各种传感器的大量数据。单个高分辨率摄像头传感器可以产生1.4 GBps的数据。一辆完全自动驾驶的汽车有40多个传感器,这些传感器每秒可产生超过50 Gb数据。完全自动驾驶需要非常高的实时人工智能计算性能,最高可达每秒500T(万亿)次运算(ToPS)。

与上一代LPDDR4x相比,LPDDR5 DRAM的数据访问速度提高了50%,能效提高了20%以上,满足了数据密集型需求,使智能车辆具备了近乎实时的边缘处理能力。这种低延迟和高带宽对于快速处理来自当今互联汽车多个传感器和数据源的数据至关重要,例如雷达、激光雷达、高分辨率成像、车内联网、5G网络和高分辨率雷达等。

3)随着汽车越来越依赖软件,高性能5G连接和系统级安全将愈发重要。

随着汽车越来越依赖软件,所包含的代码超过3亿行,为了保持最新更新和增强功能,支持空中下载(OTA,over-the-air)更新是必不可少的。这也是支持软件即服务(SaaS)等功能的关键所在,利用这些功能,自动驾驶和其他功能可以通过每月订阅和软件下载来实现。对于MaaS,用户个人习惯将存储在云中,在驾驶员进入自己的车辆或者租用同一品牌的车辆时,便能检索出其用户使用习惯。要实现这些功能,高性能5G连接和系统级安全将是至关重要的,甚至是不可或缺的。美光独特的安全解决方案Authenta提供了基于可信根的安全功能,是专门针对这种复杂边缘计算环境需求而开发的。

4)功能安全的技术趋势

到目前为止,车用DRAM解决方案还没有按照功能安全以及ISO26262标准要求进行专门的设计和/或严格的评估。

美光符合安全要求的LPDDR5功能超越了标准的JEDEC和标准的汽车产品要求。美光业界首款符合ISO26262安全标准的DRAM经过了硬件评估,满足最高级别的ASIL标准,即ASIL D,完全符合JEDEC标准并具备同类最佳的汽车级品质。美光还为LPDDR5产品添加了一组安全功能,可帮助客户检测现场随机硬件故障。美光提供了一套全面的安全相关文档,包括硬件评估报告、评估报告、安全应用说明、安全分析报告(FMEDA摘要)和签署NDA后的PIN FMEA。

我们符合功能安全标准的LPDDR5和产品文档简化了系统设计,并帮助客户更快地履行复杂的合规要求。最终,这缩短了一级汽车供应商的产品面市时间,并帮助原始设备制造商尽快设计安全、智能的汽车。在竞争激烈的市场中,这种竞争优势是非常关键的。

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Robert Bielby(美光科技 汽车系统架构高级总监)

#2、 智能座舱的趋势

ADAS和功能丰富的座舱是当今半导体产品增长的主要推动力,远远领先于全自动驾驶汽车。

尽管自动驾驶(AD)风头正盛,但重要的是要认识到,ADAS和功能丰富的座舱是当今半导体产品增长的主要推动力,远远领先于全自动驾驶汽车。汽车内部/驾驶舱和“车内体验”(IVE,In-Vehicle Experience)已成为影响消费者购买决定和汽车厂商(OEM)品牌特质的主要因素。

消费者希望能更好的联网以方便访问信息,获得类似智能手机的无缝用户体验,并为他们喜爱的所有智能手机应用程序提供本地车载支持。数量越来越多、尺寸越来越大的高分辨率显示屏应支持这些应用程序,提供身临其境的体验。汽车厂商认识到,人们关注的重点从实际驾驶体验转移到基于个人品味、娱乐和工作效率的体验,自动驾驶汽车的未来更看重信息和乘客体验都非常丰富的座舱,因此,车内体验的创新将有增无减。

美光的深厚专业知识源自与汽车客户的紧密合作,即为支持ADAS、车载信息娱乐、数字化座舱和机器学习的系统架构设计内存方面的合作。

我们在全球范围内与汽车制造商、一级供应商和芯片组供应商有着密切的合作伙伴关系。这种合作通常从产品的系统架构定义阶段的早期开始,一直延伸到客户/合作伙伴产品的设计、测试和部署阶段。我们在全球拥有多个专门的工程实验室,位于主要的汽车设计中心,在那里我们提供直接的工程支持,保证我们的客户和合作伙伴能够以最短的上市时间和最低的风险设计和交付同类最佳的产品。

1)车载信息娱乐系统正与仪表盘集成,这使得功能安全愈发重要。

当今的汽车对快速存储并处理大量数据的要求越来越高。汽车厂商一直面临着整合处理能力、保证数字系统流畅运行和成本竞争等压力。而现在,让人意想不到的新趋势出现了。车载信息娱乐系统,其引人入胜的高分辨率屏幕和功能越来越像智能手机了,而它的功能不再只是为了好玩。设计人员将车载信息娱乐系统与仪表盘集成,以实现符合功能安全要求的更为关键的系统。

这样集成主要是为了降低成本和简化架构,以加速实现创新。尽管这种集成是有益的,但也要考虑功能安全的要求。仪表盘中的某些信息用于提醒驾驶员注意车辆功能,其中一部分信息可能会对车辆和乘客安全产生影响,因此需要符合严格的合规要求。

基于对汽车市场以及内存在安全应用中重要作用的深入了解,美光近期推出业界领先的汽车功能安全内存系列解决方案,是下一代车载信息娱乐系统应用的理想解决方案。功能安全解决方案进一步彰显了美光30年来致力于为汽车市场提供领先解决方案的承诺,反映了公司在各个领域的广泛投入。

美光新的车用LPDDR5内存是我们更广泛的汽车兼容系列产品中的第一款产品,被认为适用于任何ASIL等级的安全系统,是下一代基于域的车载信息娱乐系统应用的最佳选择。美光的LPDDR5产品附有硬件评估报告,由独立的第三方、业界公认的咨询公司exida进行评估。根据exida的分析结论,该产品适用于最高级别系统,包括等级最为严格的ASIL-D。

2)随着IVI系统的集成,集中式存储在交互式座舱中变得越来越重要。

IVI 系统的架构通常是与仪表盘架构分开的。尽管目前已有的系统为增强用户体验做出了不懈的努力,但还是未能跟上消费者期待的创新水平——例如类似于智能手机的体验。我们面临的一个关键挑战是:无法在车辆交付后重新配置和更新系统。

集中式存储有利于实现功能系统之间的数据共享。它也是创造交互式和个性化用户体验的基础,而这正是消费者期待的车内体验。车用SSD可以提供丰富的功能,包括高速、功能数据隔离、加密数据保护、安全远程重新配置等,位密度单价(price-per-density)也和分立的存储设备(如UFS)差不多,这将显著改变未来的设计格局,带来更多可能性。除了消除了设计冗余之外,由于采用了小尺寸球栅阵列(BGA)封装,SSD只需要很小的PCB面积。

此处讨论的集中式存储和汽车级SSD的解决方案将应用于2023年及以后的下一代架构中。这项创新不仅适用于IVI,还适用于主要汽车厂商及合作伙伴的自动驾驶和中央计算架构。

#3、美光有完整的内存解决方案

对于当前和未来的智能汽车来说,完整的内存技术是成功的关键。我们针对智能汽车的解决方案包括如下。

● 我们的NOR提供了快速启动功能,这些功能通常是倒车影像等需要即时启动性能的应用所需要的。

● 全套符合汽车标准的DRAM系列,包括为计算密集型ADAS应用提供高带宽解决方案的LPDDR5/5X和DDR4,以及用于IVE和ADAS的LPDDR4/4X。

● 美光提供一系列符合汽车标准的管理NAND解决方案,包括eMMC、UFS和PCIe SSD等,可用于整个车辆,满足ADAS、IVE的扩展存储需求。

● 此外,美光还拥有一系列符合汽车标准的多芯片封装(MCP)内存,将高密度内存和存储集成在一个紧凑的封装中。我们的多芯片封装为如智能相机和远程信息处理这样空间受限的应用提供了DRAM和NAND的完美组合。紧凑的外形封装可用于进一步增强功能,由于采用了堆叠、紧密耦合的组件,与使用分立元件相比,帮助制造商节省了50%以上的印刷电路板空间,并优化了成本。美光的多芯片封装也针对汽车应用进行了优化,经测试能够承受自动驾驶汽车的极端温度。

来源:Micron美光科技
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围观 31

作者:唐沙南,英飞凌功能安全专家,汽车电子事业部系统应用高级工程师。

曾在国际一级供应商担任功能安全E-GAS软件架构开发、功能安全经理等职务,在动力总成、智能驾舱等功能安全应用领域积累了近十年的丰富经验。

摘要

在汽车行业迈向电动化的进程中,整车架构也发生了翻天覆地的变化:传统的发动机变速箱动力总成组合被电动机总成替代,能源供给也从燃油变成了电池。随着越来越多的电子电气设备被引入替代传统的机械系统,相关系统的故障失效也成为了工程开发过程中必须考虑的重要要素,为此,工程人员常常需要为汽车安全关键性电子电气系统添加额外的故障处理(Fault Handling)功能。这种对系统异常的监控、并调整系统运行状态的特征可以让系统在出现故障后进入安全状态,从而帮助驾驶员和乘客免受系统失效带来的意外危害。

为了确保系统故障处理功能设计的完整性, 一般工程上会从故障容忍(Fault-Tolerant)、故障预防(Fault-Prevention)、故障清除(Fault-Removal)以及故障评估(Fault-Estimation)四个维度考虑。而系统的开发流程则需要遵循汽车功能安全标准ISO26262的规格,并在系统开发的各个阶段通过演练、测试、验证与评审来保证系统生命周期的质量。

本文将以故障容忍(Fault-Tolerant)为出发点,简要讨论如何在汽车安全关键性系统里的设计实施。

故障容忍(Fault-Tolerant)指的是系统在出现故障的情况下仍能保持某种既定的系统功能,在汽车安全关键性应用的场景下,这种容错功能是保证电子电气系统功能安全的一种措施,应当在系统架构设计中尽早考虑,并需要在系统不同层级通过冗余或监控来实现。这些安全设计在电子电气系统架构层面可以体现在如下几个方面:

- 传感器信号的合理性
- 主控单元运行的安全性
- 执行器(包括预驱电路)的反馈校验或备份
- 安全的通讯
- 供电保护与监控

传感器信号的合理性

传感器的信号合理性的校验应包括一般意义上的传感器信号线电气故障的诊断。同时,对于多路传感器输入,则需要检测信号组的漂移、偏移以及卡滞来避免系统性的故障。

主控单元运行的安全性

主控单元运行的安全性则由以下四部分组成:

- 安全的计算: 安全的计算指的是系统架构上应满足在一个安全的计算单元上去执行安全相关的软件程序。安全计算单元通常会采用具备Lockstep的 Dual-Core,来保证CPU指令层级运算结果的冗余从而规避计算单元的永久或暂态的硬件错误,同时应借助基于硬件的MPU(Memory Protection Unit)来确保安全相关的软件执行过程中, CPU不会被非法访问。

- 安全的采集: 安全的采集通常则可以通过多路通道输入处理做比较,或是借助内置test-pattern的通道来确保采集信号的可靠性。

- 安全的输出: 安全的输出则需要对主控单元的输出进行回读,确认一致性和时效性。

- 安全的数据: 安全的数据首先需要在系统设计上识别安全功能和主控单元哪些资源会有关联,从而确认主控单元上哪块Cache/RAM/Flash需要实施ECC来检测或修复数据的错误。如果DMA被用于安全数据的搬运,也应当添加CRC校验来确保传输的数据完整性。

执行器的反馈校验或备份

对于执行器的反馈校验,不同安全相关应用会具备不同形式的反馈,比如电流、电压、位置、扭矩、渲染图像CRC等等。实时的执行器反馈通常需要与一些期待的目标值或是golden value做比较,来判断执行控制是否存在故障,并最终通过物理或时间上的阈值来确认失效是否引起安全目标的违背。而执行的备份,可以是设置冗余的功能执行路径,甚至是添加等效执行的最小子系统,在系统失效后,增加执行进入安全状态的可靠性。

安全的通讯

传感器、 控制器、 执行器之间安全功能相关的数据信息通讯同样需要被监控,以避免错误的信息被用于预期的功能链路。通讯过程中数据信息非预期的重复、 延迟、 掩饰、 崩坏或是丢失,都应当属于被监控的范畴。系统设计方可以通过AUTOSAR定义的 E2E protection pattern或是添加额外的校验机制来确认通讯类的故障。

供电保护与监控

供电的正常是整个安全关键性系统如预期运行的前提条件。任何供电的漂移震荡、过欠压、或者尖峰,都可能引起系统上电子单元的工作异常。相关的失效都应当被保护或是监控,并通过特定的安全措施帮助系统进入安全状态。

根据不同的系统应用场景,容错功能在现代汽车电子电气架构中可分为以下两类:

- Fail-Safe ( 失效安全):在出现一个(或多个)失效之后,系统可以直接进入到安全状态,或是借助一些外部手段进入到安全状态。

- Fail-Operational(失效运行):在出现一个(或多个)失效之后,系统仍然需要维持一定程度的功能,并且在失效清除以后,系统能立即恢复到正常运行状态。

Fail-Safe 架构

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对于Fail-Safe的安全关键性汽车电子系统,为了兼顾成本与功能,设计上通常会建议采用1oo1D架构。1oo1D架构设计会先构建一条预期功能路径,然后通过安全分析,去识别预期功能路径上失效影响系统安全的功能组件,再针对相关组件的失效模式去设计添加额外的监控或冗余等安全机制,来确保系统失效后能直接关闭功能,进入安全状态。

下面将以电动汽车的核心部件整车控制器 VCU系统为例,展示Fail-Safe架构的实施:

在汽车的行驶过程中,VCU执行了多项安全相关的控制任务:例如采集加速踏板信号、制动踏板信号及其它车辆信息、电池状态,并做出合理的逻辑判断之后给各执行器部件动作输出控制命令,来实现整车驱动、制动、能量回收、挡位切换、高压上下电管理、整车热管理等功能。

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同时,纯电动汽车存在着不同于传统汽车的电安全风险。因配备高压储能用电设备,若在使用过程中发生碰撞,因高压电子电气设备均处于供电状态,受到冲击后可能会发生高压电泄露的系统失效,从而影响驾驶员与乘客安全。为了抑制碰撞后高压电的扩散,Fail-Safe 碰撞断电保护也应当在VCU整车控制器的功能中予以考虑。

首先在VCU系统架构上识别出碰撞断电保护预期功能链路:

- 传感:来自安全气囊控制器ABM(Airbag Module)的碰撞检测信号
- 控制:碰撞断电保护
- 执行:通知电池管理系统BMS执行高压电池主正主负继电器断开的网络信号
- 通讯:VCU与ABM、BMS之间的数据信息交互
- 供电:VCU主控芯片和通讯收发器的供电保护与监控

通过安全分析,会发现断电保护的预期功能链路上的传感/控制/执行/通讯/供电组件中故障都会影响断电控制的正确性,从而影响用车安全。那么以上五个部分都应当成为冗余监控或者设计考虑的对象。以下则是一些简单的设计建议,供参考:

- 传感方面,对于碰撞硬线信号可以选择PWM类型,通过预先设置有效占空比的范围来过滤短路断路等无效信号,并且可以在有效占空比的区间内,分配不同的占空比来表征无碰撞、预碰撞、碰撞中等状态方便后续控制。同时,也可以通过整车网络引入碰撞方位、碰撞加速度、安全气囊是否引爆等信号,用于碰撞断电控制。

- 控制方面,可以在原本的VCU整车下电功能中添加碰撞断电保护监控任务,并在控制任务中设置多路采样通道来仲裁碰撞硬线传感信号的合理性,输入的整车网络信号执行数据完整性校验。而碰撞断电控制本身可以通过碰撞状态、方位、加速度、以及安全气囊是否引爆等信号,来综合决定是否需要提前主动断电,以防车辆碰撞断电不及时而导致的车身带电, 或是碰撞后断电确保高压电无法泄露。至于输出方面, 因为是整车网络信号, 则需要对通讯网络控制器(例如CAN controller) 配置进行保护,并在每次上电时检查。同时,通讯网络控制器的SRAM需要考虑实施ECC/EDC来或检测或修复存取的数据崩坏。此外,为了让接收端识别可能在网络传输过程中产生的数据错误。应用软件应当为每次通过网络控制器发送的高压闭合/断开命令添加CRC/AliveCounter/Data-ID等额外的校验信息。整个主控单元本身运行的可靠性,则可以通过外部的窗口/功能狗来确保执行断电保护控制的时序与逻辑正确。

- 执行方面,为避免高压电池主正或主负继电器卡滞粘连导致继电器无法断开,执行冗余可以考虑让BMS通过高低边开关共同控制高压电池主正或主负继电器。同时,高低边开关高压电的状态可以反馈给VCU,来确认是否完成断电成功。

- 通讯方面,VCU系统则需要对发送端安全相关的网络信号实施端到端的数据保护,以便控制命令可以正确并及时地发出 。同时VCU系统也需要对接收端的网络信号执行数据完整性的校验,防止非预期的断电保护控制触发。

- 供电方面,满足功能安全规格的电源管理芯片通常是最佳选择,这类芯片不仅能支持整个VCU系统安全组件的独立供电与保护,同时也能提供外部窗口/功能狗来监控主控单元的运行状态。

Fail-Operational 架构

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Fail-Operational的架构常见于ADAS/AD (高级辅助驾驶系统/自动驾驶) 相关的应用中。当系统组成部分故障引起系统安全相关的功能失效时, 系统仍然需要保持一定的功能,而不能直接停机,来进入安全状态。对于Fail-Operational的容错设计,1oo2D架构(如上图)是一种典型的架构。系统基本架构上会包括两条独立的功能链路,两条功能链路能协同工作,组成一个完整的系统应用(Symmetric 1oo2D);或是某一路负责主功能,另一路只负责保证安全的备份功能运行(Asymmetric 1oo2D)。每条链路上具备自己独立的诊断监控系统, 同时也会互相监控对方链路的健康状态。每条功能链路会要求被设计为Fail-Silent,即出现自我诊断的失效或是被对方检测确认失效后,不会对系统其他正常工作的模块造成影响,同时整个系统应执行正常链路的备份功能,备份功能可以是主功能的降级或是系统执行特定的应急操作来进入指定的安全状态。

上文中提到的Symmetric 1oo2D的架构,常见于支持Fail-Operational 的电子助力转向EPS系统。

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如上图所示,该EPS系统包含两套完全对称的镜像功能链路,提供了转向功能必备的供电、通讯、传感、控制与执行部分。对于每条功能路径的容错设计,则与Fail-Safe类似,具备独立的自我诊断与监控功能。与此同时,两条功能链路均正常工作时才能提供完整的转向功能,当其中任何一条功能链路失效,另外一条功能链路仍能提供部分转向力,而不会导致系统直接停止,从而影响系统转向需求的功能安全。

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而Asymmetric 1oo2D的架构,常见于需要支持Fail-Operational 的ADAS/ AD控制系统中(如上图)。

在ADAS/AD控制系统架构层级,通常会部署多样化的传感器组合、异构控制器、以及冗余的安全执行系统,来构建非对称的主副功能链路。主功能链路的目标设计是承担ADAS/AD全功能任务,因此相关的Sensor Cluster需要提供较丰富的环境感知信息,控制方面也会部署一个性能强劲的MPU来满足相关功能的高算力需求。而副功能链路更多的是承担ADAS/AD功能中保证行车安全的任务,Sensor Cluster信息只需考虑安全相关的感知信息或是系统降级运行最基本的感知信息,控制方面更偏向于部署一颗高安全等级的MCU,去确保ADAS/AD行车安全功能的可靠, 同时也会作为整个系统运行的管理者,去管理整个系统运行的模式和状态。在系统架构容错设计中,主副功能链路上通常需要构建彼此链路上组件的自我诊断与监控,同时,在运行时应互相监控彼此的健康状态。当其中任何一路上安全相关的组件出现问题时,会进入Fail-Silent模式,并由另一方保证系统Fail-Operational进行功能降级或是进入系统安全状态。例如主功能链路失效时,会启动副功能链路上的安全行车功能,提醒驾驶员接管。而副功能链路失效时,则系统需要保护主功能链路持续工作不受影响,并视故障的严重程度来提醒驾驶员接管,或是在直到系统安全状态满足后,主功能才退出。

主副功能链路都可以独自或协同与外部交互,给相应的执行器提供受端到端保护的控制信号。

在执行器方面, Fail-Operational的安全考虑至少要求系统横纵向功能保证Minimum Risk Maneuver的部分互为冗余。

整个系统建议由一颗满足功能安全规格的电源管理芯片来提供系统的供电管理与监控,并可以由其提供的外部窗口/功能狗来保证安全MCU上高ASIL等级任务运行时序与逻辑的正确,同时该电源管理芯片也可以被用于提供额外的Shut Down Path去控制主功能链路。

无论是Fail-Safe系统或是 Fail-Operational系统,都需要芯片厂商提供符合功能安全标准的各种半导体组件来打造可靠的传感、控制、执行、供电等系统,在智能化、电动化、网联化的趋势下,为愈加复杂的汽车应用保驾护航。

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本文转载自: 英飞凌汽车电子生态圈
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全球汽车行业芯片持续短缺,各大车企消息不断。如近期沃尔沃表示中国工厂因“缺芯”暂停或调整生产;通用汽车表示将生产一款“缺芯”皮卡,并且强调即使未来芯片供应恢复正常,由于工艺原因这些车辆出厂后也无法返厂改装,缺芯会永久性影响车辆行驶里程。

尽管目前MCU、MLCC、电阻、DRAM和闪存、LPDDR4s、加速计、转换器、调节器和MOSFET这些汽车相关元器件统统都有影响,但以MCU短缺影响最大,也是造成大多数车辆和零部件停产的重要原因。

传统燃油车以MCU应用占比最高,比重达23%,纯电动车中MCU应用仅次于功率半导体,比重达11%。如今,一辆传统燃油车使用几十至数百颗MCU,新能源汽车的芯片使用数量是燃油车的一倍多。

MCU具有专属架构,因此很难从一家供应商更换到另一家供应商。通过下面这组拆解数据,更能直观看到汽车整机厂采购对不同MCU供应商的广泛依赖。例如,雪佛兰Equinox用了27个MCU,本田雅阁用了7个供应商的20个MCU。

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而奥迪Q7更是用了7个供应商的38个MCU,在动力域采用2枚英飞凌MCU;底盘和安全域使用4个瑞萨MCU、4个NXP MCU,2个Microchip、以及TI和英飞凌各1个;ADAS和娱乐域这块,也用的很多。

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汽车电子应用已经占据超过1/3的MCU市场,随着汽车自动化、电动化、智能化、网联化的快速发展,未来还会大幅拉动高集成度MCU器件的需求。

近期市场紧缺MCU主要集中在STM/ NXP,还有部分TI/ Microchip/ Nuvoton型号,而兆易创新作为STM的替代热度不断上升。

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STM的MCU不同产品系列受影响程度不一, 目前最缺的是F系列, 如STM32F103RCT6, STM32F103VCT6, STM32F103C8T6, STM32F030K6T6, STM32F030C8T6, STM32F072CBT6等, 因产出在减少, 交期已延长至24-30周, 价格更是一天变几回。

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NXP收购飞思卡尔后,成为车用MCU市场的头名玩家。目前市场上更缺的汽车MCU反而是NXP的产品(如 FS32系列), 据称NXP的汽车MCU的交付周期已延长至52周。

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国产品牌GD32系列目前是国产替代首选,型号基本可与STM32相同型号的全兼容,是高性价比热门料。

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汽车电子MCU的抗EMI设计

随着集成电路集成度的提高,越来越多的元件集成到芯片上,电路功能变得复杂,工作电压也在降低。当一个或多个电路里产生的信号或噪声与同一个芯片内另一个电路的运行彼此干扰时,就产生了芯片内的EMC问题,最为常见的就是SSN(Simultaneous Switch Noise,同时开关噪声)和Crosstalk(串音),它们都会给芯片正常工作带来影响。由于集成电路通过高速脉冲数字信号进行工作,工作频率越高产生的电磁干扰频谱越宽,越容易引起对外辐射的电磁兼容方面问题。基于以上情况,集成电路本身的电磁干扰(EMI)与抗扰度(EMS)问题已成为集成电路设计与制造关注的课题。

集成电路电磁兼容不仅涉及集成电路电磁干扰与抗扰度的设计和测试方法,而且有必要与集成电路的应用相结合。针对汽车电子领域来讲,将对整车级、零部件级的电磁兼容要求强制性标准,结合到集成电路的设计中,才能使电路更易于设计出符合标准的最终产品。作为电子控制系统里面最为关键的单元——微控制器(MCU),其EMC性能的好坏直接影响各个模块与系统的控制功能。

本文在汽车电子MCU 中采用抗EMI的设计方法,依据IEC61967传导测试标准,对汽车电子MCU进行电磁干扰的测试。

汽车电子MCU设计方法

下面介绍在汽车电子MCU中使用的可行性设计方法以及其他几种抗EMI设计技术。

时钟电路设计

由于时钟电路产生的时钟信号一般都是周期信号,其频谱是离散的,离散谱的能量集中在有限的频率上。又由于系统中各个部分的时钟信号通常由同一时钟分频、倍频得到,它们的谱线之间也是倍频关系,重叠起来进而增大辐射的幅值,因此说时钟电路是一个非常大的污染源。

针对汽车电子MCU 数字前端设计,在抗EMI方面采用门控时钟的方法改进。任何时钟在不需要时都应关闭,减低工作时钟引起的电磁发射问题。根据A8128(汽车电子MCU的型号)芯片系统功能设计要求,采用Run、Idle、Stop和Debug四种工作模式,在每一种工作模式下针对系统时钟、外设模块时钟进行适当门控。此外,还有几种在时钟方面常见的抗EMI的设计方法,包括:

①降低工作频率

MCU的工作时钟应该设定为满足性能要求所需的最低频率。从下面的测试结果可以看出,一个MCU的运行频率由80MHz变为10MHz,可以使频谱宽频范围内的干扰峰值产生几十dBμV 的衰减,而且能够有效的降低功耗。

②异步设计

异步电路工作没有锁定一个固有频率,电磁辐射大范围均匀分布而不会集中在特定的窄带频谱中。这一关键本质特征决定了即使异步电路使用大量的有源门电路,它所产生的电磁发射也要比同步电路小。

③扩展频谱

扩展频谱时钟是一项能够减小辐射测量值的技术,这种技术对时钟频率进行1%~2%的调制,扩散谐波分量,在CISPR16或FCC发射测试中峰值较低,但这并非真正减小瞬时发射功率。因此,对一些快速反应设备仍可能产生同样的干扰。扩展频谱时钟不能应用于要求严格的时间通信网络中,比如FDD、以太网、光纤等。

IO端口设计

在汽车电子MCU 的输入输出端口设计中,也加入了抗EMI方案,包括翻转速率(slew rate control)和驱动强度(drive strength)控制方法。通过在所有通用P口引入可配置的翻转速率和驱动强度寄存器,在需要的时候打开相应功能。翻转速率有打开和关闭两种选择,打开后能够有效地平缓上升沿或者下降沿,降低瞬态电流,进而控制芯片产生的电磁干扰强度。驱动强度有强驱动电流和弱驱动电流两种选择,在能够满足工作驱动强度的情况下,选择弱电流驱动会更好的控制电磁干扰现象。

另外,基于GSMC 180nm工艺库,选择具有施密特触发特性的IO,可以有效地平缓输入信号中带进来的尖峰或者噪声信号等,对芯片的电磁抗扰度有所帮助。

来源:E芯微电子

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