汽车电子

2020年10月14日——动力传动系统电气化和高级驾驶辅助系统(ADAS)推动着驾驶方式变革,不断提升汽车舒适性及其他车身功能的丰富性和复杂程度。针对这一挑战,英飞凌科技股份公司近日宣布,面向整个市场推出 Traveo™ II 车身微控制器系列。该产品系列适用于各类汽车应用,包括车身控制模块、车门、车窗、天窗和座椅控制单元,以及车内智能手机终端和无线充电单元。Traveo™ II系列由赛普拉斯半导体公司研发,该公司此前被英飞凌科技股份公司所收购。

英飞凌高级副总裁兼汽车微控制器业务总经理 Peter Schaefer 表示:“英飞凌和赛普拉斯的强强联合,催生出了业内最全面的汽车微控制器产品组合。英飞凌的 AURIX 安全控制器产品组合,加上赛普拉斯的 Traveo汽车级 PSoC 产品系列,使我们能够为所有汽车应用提供更优化的解决方案,涵盖车身、仪表、信息娱乐、底盘、动力总成、驾驶辅助和域控制器应用。”

在车身应用方面,英飞凌提供各类传感器和功率半导体产品,包括电机控制解决方案、智能配电和 LED 解决方案等。Traveo II 车身微控制器系列进一步完善现有产品组合,为新兴汽车应用提供所需的高性能、可扩展性、低功耗和安全性。“作为英飞凌‘从产品到系统’战略的重要组成部分,Traveo II 助力我们为车身应用提供全面的系统性解决方案”,Peter Schaefer 补充道。

多核 Traveo II 系列基于 ARM® Cortex®-M7 和 -M4 内核,最大配备 8MB 嵌入式闪存,可助力器件为各种要求严苛的车身电子应用提供卓越性能。该产品符合 ISO26262 功能安全标准的 ASIL-B 等级,即使在高达 125°C 的环境温度下也可确保设备安全运行。

Traveo II 微控制器具有先进外设,支持 CAN-FD、Ethernet 和 FlexRay 通信协议,为所有低端和高端设备提供可扩展性和引脚兼容性。该产品系列具有低功耗(低至 5µA)和更高安全性(EVITA-Full),非常适用于当今的智能网联汽车。同时,它也全面支持 FOTA 升级,可在不中断服务的情况下远程更新应用程序和安全软件。

Traveo II 微控制器可基于 AUTOSAR(汽车开放式系统架构)4.2 软件进行开发。此外,还可使用市场上丰富的 ARM 生态系统工具和软件,包括各种 IDE 工具和调试器,以及各种实时操作系统可供使用。

供货情况

Traveo II 车身微控制器系列包含四种入门级产品和两种高端产品,每种产品均具有不同的内存规格和引脚数量。第一种入门级产品将在 2020 年 10 月开始量产,之后其他产品也将陆续推出,直到2021 年第二季度整个产品系列将全面上市。2021 年 Traveo II系列还将进一步扩展,全新的嵌入式图形微控制器将强化英飞凌在仪表、座舱和数字显示应用领域的布局。

想要了解详细信息,请访问:www.infineon.com/traveo-II

关于英飞凌

英飞凌科技股份公司是全球领先的半导体科技公司,我们让人们的生活更加便利、安全和环保。英飞凌的微电子产品和解决方案将带您通往美好的未来。2019财年(截至9月30日),公司的销售额达80 亿欧元,在全球范围内拥有约 41,400 名员工。2020 年 4 月收购美国赛普拉斯半导体公司之后,英飞凌已跻身全球十大半导体公司行列。

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——与众多媒体及业内人士共同探讨汽车电子市场发展趋势

赛普拉斯半导体公司举办媒体交流会,并独家赞助了由TechSugar主办的SugarTalk第二期汽车电子论坛。赛普拉斯多位高管就全球汽车电子发展趋势与行业媒体进行了深入的剖析和充分的沟通,并介绍了赛普拉斯先进的汽车电子解决方案。赛普拉斯汽车事业部高级副总裁布施武司先生还在论坛现场发表了关于“创新浪潮中的汽车:变与不变”的主题演讲,表达了赛普拉斯深耕中国,全力助推中国汽车电子市场发展的决心。

赛普拉斯携先进汽车电子嵌入式系统解决方案,助力中国汽车创新
赛普拉斯汽车事业部高级副总裁布施武司在SugarTalk第二期汽车电子论坛上发表演讲

赛普拉斯认为,在智能化、网联化与电动化等技术趋势的推动下,汽车市场已进入颠覆式创新发展时代。车、城市基础设施、驾乘者,乃至各种相关服务都将实现不同级别的联网;集复杂信息显示与控制功能,以及人工智能技术于一身的人机界面也将取代现有的仪表与机械式交互方式;与驾驶安全密切相关的数据采集、记录、分析、学习、推理、预测技术发展迅猛,带动辅助驾驶和自动驾驶技术日臻完善。所有这些都将为包括汽车设计制造、驾乘体验、基础设施、汽车服务等在内的产业链各个环节带来翻天覆地的变化。

赛普拉斯携先进汽车电子嵌入式系统解决方案,助力中国汽车创新
赛普拉斯亚太区汽车产品总监文君培参加SugarTalk圆桌论坛

在Cypress3.0计划的推动下,刚刚结束的2018年第一季度中,赛普拉斯汽车电子业务取得了骄人的业绩。汽车电子营收占公司总营收的34%,同比增长15%。 在全球汽车市场中,赛普拉斯在汽车仪表盘MCU、Wi-Fi和蓝牙无线组合连接解决方案、触摸屏和触摸感应解决方案、用于高级驾驶辅助系统(ADAS)的NOR闪存等应用方面均处于市场领先地位。 赛普拉斯还是USB-C连接和快速充电解决方案的领导者,率先推出了汽车级USB-C产品。 丰富的汽车产品组合、零缺陷和提供世界一流服务的承诺,以及对于行业标准最严格的遵从,赋予赛普拉斯提供完整卓越的汽车电子解决方案的能力。

赛普拉斯全球应用及销售执行副总裁迈克•贝罗表示:“作为汽车电子供应商,赛普拉斯始终以客户为中心,致力于为客户提供优质的服务和长期的支持和供货能力。我们将汽车市场作为我们未来发展的一个关键增长动力,在包括中国在内的全球市场上,我们已经和多个顶级汽车公司及核心供应商建立了紧密的合作关系。我们愿意与中国的伙伴们分享我们对汽车市场发展趋势的看法,并为中国市场提供最先进的汽车产品组合,把豪华车用户体验引入普及车型,惠及普通大众,使之充分享受高端驾乘乐趣。”

赛普拉斯携先进汽车电子嵌入式系统解决方案,助力中国汽车创新
赛普拉斯全球应用及销售执行副总裁迈克•贝罗为到场媒体做演讲

长期以来,赛普拉斯一直致力于与全球顶尖的汽车厂商及供应商合作,开发领先的汽车系统,其中包括高级驾驶辅助系统 (ADAS)、3D图形显示、无线连接、全功能触摸屏和卓越的车身电子系统。赛普拉斯的汽车级产品组合包括:

  •   内置于汽车仪表盘和车身电子系统的Traveo™ 微控制器(MCU)
  •   用于通用控制和触摸感应功能的PSoC®MCU
  •   Wi-Fi®、Bluetooth®和组合无线连接解决方案,包括Real Simultaneous Dual Band(RSDB)技术,可以使车辆中的多个设备同时连接并传输不同内容
  •   用于移动设备连接和快速充电的USB、USB-C和USB PD解决方案
  •   用于触摸感应用户界面及液位感应的CapSense®电容式感应解决方案
  •   用于中控显示屏和后座显示屏的TrueTouch®触摸屏解决方案
  •   用于系统安全准入和个性化设置的指纹解决方案
  •   用于仪表盘、车载娱乐系统、ADAS和其他安全系统中数据存储的汽车级NOR闪存及 HyperBus™存储器
  •   用于事件数据记录仪中的Excelon™F-RAM™非易失性存储器
  •   用于安全电气操作的电源管理IC(PMIC)

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由于汽车电子、物联网等新需求浮现,2017年部份半导体生产链出现缺货情况,不仅上游硅晶圆及导线架等材料缺货,包括DRAM、NAND Flash、NOR Flash亦同步缺货,另微控制器(MCU)、金氧半场效电晶体(MOSFET)也因缺货而拉长交期或顺势涨价,供需失衡的景象难得一见。

2018年即将到来,硅晶圆及导线架仍供不应求,价格将持续调涨,DRAM、MOSFET缺货情况难获纾解,MCU交期虽然可望因进入淡季而缩短,但普遍来看交期仍长达3个月,比正常安全库存时期高出1~1.5个月。至于NAND/NOR Flash则因新产能开出,缺货压力将获得纾解。

以半导体硅晶圆来看,由于主要供应商近几年没有扩产,今年正好遇到半导体厂晶圆产能大量开出,2017年全年处于缺货情况,2018年也将供不应求;为确保2018年硅晶圆供货无虞,全球半导体大厂采预付订金方式确保明年货源,价格则每季调涨。法人看好环球晶圆、合晶、嘉晶、台胜科等硅晶圆供应商营运。 半导体导线架同样面临缺货问题。由于国际IDM厂全力抢攻汽车电子及物联网市场,对导线架需求大增,但主要供应商近年来持续整并,今年下半年供应已吃紧,明年上半年亦将小幅缺货,价格可望续涨,对于长华科、界霖等供应商十分有利。

存储器部份,DRAM下半年缺货严重,明年上半年将持续缺货,虽然业者有意提高产能,不过新产能开出时间将落在明年底及后年初,所以2018年上半年DRAM位元供给成长只能依靠1x纳米升级,整体来看还是供不应求,价格持续看涨,南亚科、华邦电、威刚等将持续受惠。

NAND Flash及NOR Flash明年上半年缺货情况则可获得纾解。包括三星、东芝、SK海力士、美光等下半年加快3D NAND产能及技术转换,良率已持续提升,明年产能开出后就可充足供货。NOR Flash同样因长江储存及中芯国际产能开出,加上力晶投入代工市场,明年上半年产能增加,需求端则进入传统淡季,市况可望趋于供需平衡。

至于MCU市场,由于汽车电子及物联网大量导入MCU架构,但包括意法、德仪、瑞萨等IDM厂产能不足因应需求,导致交期大幅拉长至3个月以上,部份缺货严重的料号交期更长达半年。随着终端需求明年上半年进入淡季,加上晶圆代工产能支援,交期可望缩小至3个月以内,但仍较安全交期的1~1.5个月长,盛群、新唐则受惠转单,明年上半年营运将淡季不淡。

国际IDM厂陆续淡出电脑及消费性电子的中低压MOSFET市场,产能移转至汽车电子中高压MOSFET市场,或是转向量产绝缘闸双极电晶体(IGBT)或超接面(Super Junction)元件,所以中低压MOSFET下半年严重缺货,明年上半年因无新产能支援,仍会维持供不应求情况,但缺货缺口会缩小,法人看好尼克森、大中、富鼎等营运表现。

来源: 中电网

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市场研究机构IC Insights的最新报告估计,汽车电子系统市场(automotive electronic systems)从现在到2020年之间可取得4.9%的复合年平均成长率(CAGR),在六个主要电子系统类别市场(如下图)中表现最佳。

在各种汽车电子系统中,安全与舒适系统(safety and convenience systems)是消费者正在寻找而且希望他们的新车有配备的功能;包括自动紧急煞车系统、车道偏离/盲点侦测系统,以及倒车摄影机等,是消费者最想要的系统。而对半导体供货商来说这是个好消息,因为这类汽车系统将会需要各种模拟IC、微控制器(MCU)以及传感器。

车用半导体未来成长表现优胜消费类电子

IC Insights报告中关于其他电子系统与IC市场的重点趋势还包括

虽然汽车领域预期到2020年之间是成长最快的电子系统市场,在2016年整体IC市场中占据的比例估计仅7.9%,而且该比例在预测期间不会超过10%。

工业/医疗/其他电子系统预期会是成长速度第二快(CAGR预测为4.3%)的类别市场,包括可穿戴式医疗装置、家用健康诊断设备、机器人以及物联网(IoT)系统等等都是

推动该市场成长的助力;模拟IC将占据该类应用芯片市场2016年营收的49%。

通讯在2013年成为第二大IC终端应用市场,超越PC用芯片;亚太区预测将在2016年贡献整体通讯IC市场的67%,而该比例到2020年将达到70%。

消费性电子系统市场估计到2020年之间可取得2.8%的CAGR,逻辑芯片会是消费性IC市场在预测期间占据最大比例的芯片;整体消费性IC市场预期到2020年之间的CAGR为2.3%。

全球政府/军用IC市场预期2016年可达到25亿美元规模,但仅占据整体IC市场(约2,900亿美元);其中美国市场是最大的军用IC市场,在2016年占据整体军用IC市场的63%。

受到个人运算装置(桌上型PC、笔记本电脑与平板计算机)需求衰退的影响,计算机系统(computer systems)预期到2020年之间会是成长表现最弱的一个市场类别;整体计算机IC市场预期将在2016年继2015年衰退3%之后再次衰退2%。亚太区是计算机IC最大的市场,在2016年占据66%的比例,该比例在2020年可达到71%。

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1、引言 

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。

2、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。

2.1 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。

2.2 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。

3、汽车电子MCU测试方案

IEC61967标准是国际电工委员会制定的有关集成电路电磁发射的标准,用于频率为150kHz到1GHz的集成电路电磁发射测试。标准中涉及到辐射和传导两类测试方法,由于传导方式的电磁干扰带给芯片应用上的影响更大一些,本次试验选取IEC61967-4直接耦合法进行测试。该方法又分为1Ω测试法和150Ω测试法,1Ω测试法用来测试接地引脚上的总干扰电流,150Ω测试法用来测试输出端口的干扰电压。

在测试时,需要在进行测试的电路中接入串联电阻为1Ω的电流探针(探针即为1Ω测试网络,已经集成在EMC测试板的芯片地端与PCB地平面之间),49Ω串联放置为了形成50Ω匹配,用接收机测量射频电流流经该电阻时产生的射频电压,所测得的电压应为所有流回到集成电路的射频电流在电流探头上产生电压的总和,测得的电压值可以换算为流过探针的电流,测试环境图如图1所示。

图1 1Ω测试环境

在150Ω测试中,集成电路的引脚通过标准规定的匹配网络接到测试接收机,通过150Ω探针(探针即为150Ω测试网络,已经集成在EMC测试板上)可以测量SSN在输入输出端口和电源两类引脚上的传导干扰,通过计算可以将接收机测量的电压转换为噪声电压幅值,测试环境图如图2所示。

图2 150Ω测试环境

下面是针对EMI进行的1Ω和150Ω测试步骤,包括测试前准备工作以及测试数据分析等。

3.1 测试前装备工作
  
①环境温度
  
本次实验集中在晚间进行,现场温度控制在23±2℃范围内,符合标准要求。
  
②环境噪声电平
  
将DUT(被测设备)固定在实验台上且为断电状态,用EMI接收机测量残留噪声。本次实验环境噪声电平在可接受的测试要求内,详情请参看图6。
  
③其他环境条件
  
所有其他可能影响测试结果的环境条件,例如环境湿度。本次实验所测得的相对湿度为45%RH左右。
  
④确认工作状态
  
给DUT供电并检查确认IC处于正常的工作状态,同时在实验时保持周围的测试条件不变。

3.2 1Ω测试
  
(1)将SMA连接线一端连接到测试板,另一端连接到接收机(安捷伦N9030,内置N141A电磁兼容测试软件),将EMI接收机的测量频率范围设置为150kHz到1GHz,根据标准对测试操作的要求,分成150kHz~30MHz(RBW 为9kHz)和30MHz~1GHz(RBW 为120kHz)两段。下面测试图中绿色边框范围内的是150kHz~30MHz,范围外的是30MHz~1GHz。

结合汽车电子MCU 端口特性以及标准要求,将接地端口与1Ω网络相连,再与SMA口相接,引入EMI接收机进行监控,原理图如图3、图4所示。

图3 芯片的地网络引脚

图4 1Ω网络

(2)选取可能影响EMC特性的因素,在时钟上分别测试10MHz、20MHz以及77MHz频率下电磁干扰大小数值,在测试功能上选取模数转换程序ADC;

(3)测量每一段频谱内可能出现的干扰,提取各个谐波的包络值,接收机的电压可以换算为流过探针的电流。测试仪器以及EMC测试板如图5所示;

图5 实际测试环境

(4)在对每个频率点测试的时候要进行多次测量,以便排除偶然因素的干扰。下面是各个测试情况的说明;

①时钟采用外部晶振10MHz,烧录SRAM 中的程序为ADC。图6左侧为未上电时的环境噪声信号,右侧为上电但未运行程序的测量结果。

图6 断电vs.上电

通过对比可以得出上电之后在整个频谱范围内干扰强度变大,时钟的固定周期将使电磁辐射集中在时钟基波和谐波附近很窄的频谱范围内。根据傅里叶级数展开公式可以得出,在时钟倍频处的频点其干扰值也越大,所以在10MHz、20MHz等倍频点处的现象更明显,为了进一步对比,运行ADC程序,分别在10MHz、20MHz以及77MHz时钟下进行测试,比较不同时钟接地引脚总干扰电流大小,测试结果如图7、图8、图9所示。

图7 10MHz—ADC测试图

图8 20MHz—ADC测试图

图9 77MHz—ADC测试图

图10 10/20/77MHz—ADC测试数据整理

图7、图8、图9分别是10MHz、20MHz和77MHz的测试图,图10是整理后的数据。通过对比可以得出,频谱大致集中在100MHz以内,在对应工作时钟的主频点处干扰值最大,10MHz、20MHz情况下在相应倍频点(如40MHz、60MHz等频点)附近的干扰值也比较集中。

提取数据得到10 MHz时峰值点为9.999MHz(62.643dBμV),20 MHz 时的峰值点为20.002MHz(61.692dBμV),77MHz时的峰值点为19.264MHz(48.049dBμV)以及77.042MHz(47.316dBμV)。可以看出,77MHz时干扰强度和密度反而要弱于20MHz,可能是由于77MHz是MCU工作的极限时钟,此时工作性能受到一定影响,导致测试的结果有所不同。

③由于汽车电子MCU的工作时钟可以选择外部晶振或者内部PLL倍频,所以要对两种情况分别测试,以便比较是否有差别。运行ADC程序后的测试结果如图11所示。

图11 PLL vs.外部晶振(10MHz)

从图11中可以看出,在频谱范围内各个峰值点的分布大致相同,整个频谱范围内没有明显差异,MCU通过外部晶振或PLL倍频两种方式测得的结果基本一致,时钟源选择上不会对芯片的电磁干扰强度带来影响。

3.3 150Ω测试
  
(1)设备装置连接同1Ω测试法的步骤①;
  
(2)根据芯片电源类型,电源分为4路,分别是VDD1(数字IO 供电的5V 电源信号)、VDD2(为ADC和PLL供电的LDO 的5V 电压)、VDD3(数字逻辑LDO的5V电压输入)和VDD4(Flash的5V电压输入)。可单独对每一路电源的干扰噪声进行捕捉,连接方式与1Ω 测试法步骤②相同,如图12所示;

图12 VDD连接150Ω网络145

(3)根据汽车电子MCU应用特点,选取最为典型的PWM、CAN 程序,为了方便以后对众多引脚进行单独测量,将P0、P1、P2(P3未涉及到外设功能复用)端口共24个引脚进行了开关控制,再通过150Ω耦合网络连接到EMI接收机,图13是P0端口的电路原理图,P1和P2的原理图同P0。

图13 IO-P0连接150Ω网络

(4)重复测试多次,得到较多测试样本,经过整理,下面是各个测试情况的说明。
  
①从电源端口结果来看,区别很小,下面以VDD1为例进行分析说明。VDD1测试选取了ADC和counter(数字计数器)的程序,以比较不同类别的程序对数字供电是否有影响,测试结果如图14、图15所示。

在10MHz和20MHz时钟上对比,ADC最高峰值分别为35.827dBμV、43.517dBμV;counter的最高峰值为35.899dBμV、43.271dBμV。可以得出频率越高,干扰强度越大。但就两类程序横向对比来看,结果基本上一致。另外还发现60~300MHz和550~650MHz两处集中的干扰频谱,可见电源处的干扰在高频附近比较明显。

②PWM 功能测试
  
双通道模式下,在不同占空比和周期大小情况下,测试对应P口引脚处传导发射强度的大小,测试结果如图16、图17所示。

从图16中的干扰密度可看出时钟对电磁干扰影响程度。在图17中,由于period和duty较长,测试结果相差不大,此时时钟频率变成次要因素,主要因素取决于输出引脚处高低电平变化周期长短。

③CAN功能测试
  
运行Loopback(回路模式)程序,在不同时钟频率下进行比较,测试结果如图18、图19所示。

从图16~19中观察,随着时钟频率变大,TX和RX端口的传导辐射强度也变大。对于RX端口,10/40MHz频点附近的干扰密度比较大,且在40MHz时候现象更明显,捕捉到连续三个频点(图18右侧标注),分别是39.060 MHz(71.063dBμV)、39.360MHz(67.447dBμV)、40.020MHz(39.171dBμV),两个时钟下的峰值都在70~85dBμV 之间,但一般都在10MHz以下,应该是受低频某一频点的影响较明显。

对于TX端口,10/40MHz频点附近的干扰密度没有RX明显,峰值也都在70~85dBμV 之间,且发生在10MHz以下,和RX的特点大致相同。

4、测试结果分析
  
从测试数据结果可以总结出以下几点:
  
①在时钟频率上,从10 MHz到40 MHz、77MHz,干扰强度或是密度在整体上都会增加,可以是一小段频谱或者是整个频谱范围内,这与测试对象关系比较大。分析原因不难发现,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,会重叠起来进而增大辐射的幅值。

②在程序烧写方式上,外部晶振或PLL倍频两种方式测得的结果基本一致,整个频谱范围内没有明显差异,时钟源选择上不会对芯片的电磁干扰强度带来影响。

③从VDD1测试结果来看,除了得出频率越高,干扰强度越大之外,还发现出现干扰的频谱范围分别在60~300MHz和550~650MHz两处,可见电源处的干扰在高频附近比较明显。

④对于PWM 功能,通过配置输出波形周期和占空比大小,会导致在不同时钟下产生的电磁干扰强度有所差异。由于双通道模式下寄存器为16bit(原单通道模式为8bit),此时周期和占空比可配置的数值变大,PWM 波输出引脚处的高低电平翻转周期就取决于周期和占空比的设置,与时钟的关系变得没有之前如此紧密,时钟变成了次要因素。由此建议在满足功能要求的前提下,使用PWM 功能时尽量将周期和占空比数值变得大一些,这样会较好地改进EMC性能;

⑤对于CAN 总线来讲,通过10 MHz和40MHz时钟对比,当合理地降低时钟工作频率,会使一大段频谱范围内的干扰值降低,从整体上较好的控制EMI带来的影响。

5、 结束语
  
对于微电子行业来说,芯片级电磁兼容性的设计与测试已经成为一个非常重要的主题。实际上,如果不对集成电路电磁辐射及抗扰度方面进行深入的研究,就很难满足电子设备电磁兼容性方面的需要。本文通过对设计方法的引入,并进一步通过测试方案去总结归纳影响电磁发射的因素和原因,从而间接证明了设计方法的必要性和重要性。

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汽车电子行业是将电子信息技术应用到汽车所形成的新兴行业。从广义上讲,汽车电子从基础元器件、电子零部件、车载电子整机、机电一体化的电子控制系统(ECU)、整车分布式电子控制系统、与汽车电子有关的车外电子系统等软硬件。从系统看包括零部件系统、车内、车际网络。

一、概述

近二三十年来,随着电子信息技术的快速发展和汽车制造业的不断变革,汽车电子技术的应用和创新极大地推动了汽车工业的进步与发展,对提高汽车的动力性、经济性、安全性,改善汽车行驶稳定性、舒适性,降低汽车排放污染、燃料消耗起到了非常关键的作用,同时也使汽车具备了娱乐、办公和通信等丰富功能。

现代汽车电子集电子技术、汽车技术、信息技术、计算机技术和网络技术等于一体,包括基础技术层、电控系统层和人车环境交互层三个层面,经历了分立电子元器件控制、部件独立控制及智能化、网络化集成控制应用三个发展阶段。目前汽车电子产品可以分为电子控制系统和车载电子装置两大类,其中电子控制系统性能直接决定着汽车整车的性能。

随着汽车电子技术的发展,越来越多的ECU控制单元被应用在汽车中,网络总线系统作为汽车控制网络平台,所有的ECU控制单元和车载电器都将逐步搭载到汽车网络平台上,以达到数据信息共享、实现全车智能化控制。在汽车朝着综合集成控制发展的趋势下,车载网络总线系统作为汽车全车控制网络及通信平台,对汽车全车通信、智能化控制及提升整车性能、安全性、操控性愈加至关重要。

二、汽车电子技术的发展情况

(一)行业现状

市场情况世界汽车电子产业的发展与汽车工业的发展密切相关,美国、欧洲、日本是全球传统的主要汽车市场,也是汽车电子产业的技术领先者,掌握着国际汽车电子行业的核心技术与市场发展优势。目前全球汽车电子产品主要市场仍集中于欧洲、北美、日本等地区,但是随着汽车制造产业向新兴国家和地区的逐步转移,中国、印度、南美等发展中国家和地区汽车电子新兴市场正快速发展。

当前新能源汽车中汽车电子成本占比已经达到47%,随着新能源汽车产量逐渐增加,汽车电子单车产值仍将持续提升。在不同档次和科技含量的汽车中,汽车电子在整车成本中的占比情况如下:

(二)行业特点

1、重视安全、环保和节能

汽车电子的应用是解决安全、环保、节能的主要技术手段,例如:在节能方面,世界主要汽车生产国开始研究和应用电子模块控制的混合动力轿车、氢燃料电池混合动力轿车及纯电动轿车等。

2、传感器性能不断提高、数量不断增加

由于汽车电子控制系统的多样化,使其所需要的传感器种类、数量不断增加,并不断研制出新型、高精度、高可靠性、低成本和智能化的传感器。在性能上,具有较强的抵抗外部电磁干扰的能力,保证传感器信号的质量不受影响,在特别严酷的使用条件下能保持较高的精度;在结构上,具有结构紧凑、安装方便的优点,从而免受机械特性的影响。

3、车用微处理器不断升级换代

随着汽车电子占整车比重不断提高,MCU(微控制单元)在汽车领域的应用将超过家电和通讯领域使用的数量,成为世界上最大的MCU应用领域。

4、数据总线技术应用日益普及

大量数据的快速交换、高可靠性及廉价性是对汽车电子网络系统的要求。汽车内部网络的构成主要依靠总线传输技术,其优点为:减少线束的数量和线束的容积,可提高电子系统的可靠性和可维护性;采用通用传感器达到数据共享的目的;通过系统软件实现系统功能的变化,以改善系统的灵活性等。

5、智能汽车及智能交通系统(ITS)开始应用

以卫星通信、移动通信、计算机技术为依托进行车载电子产品的开发和应用,实现计算机、通讯和消费类电子产品“3C”整合。如:车辆定位、自主导航、无线通讯、语音识别、出行信息通报、电子防撞产品、车路通讯以及多媒体车载终端等。

6、新技术在汽车电子产品中不断得到应用

光纤在汽车信号传输中的应用、新的控制理论和方法的大量应用、蓝牙技术等都是汽车电子技术的发展趋势。
国际汽车巨头纷纷将更多的电子信息技术设备装备到整车中,而电子信息技术设备供应商也纷纷将下一个经济增长点定位在汽车电子行业上。摩托罗拉公司认为,汽车技术发展至今,有70%的创新来源于汽车电子。汽车电子专业厂商保持快速的增长势头,而经营电子产品的跨国公司也纷纷涉足汽车电子行业,使汽车电子成为相对独立的新兴行业。

(三)行业细分

从用途来看,汽车电子可以分为四大类:动力控制系统、安全控制系统、通讯娱乐系统与车身电子系统等。汽车行业随着信息技术与消费电子等应用逐步渗透其中,传统汽车行业或将面临来自移动互联网、消费电子行业等新型行业的冲击。

1、动力控制系统

主要指基于汽车发动机、变速箱等动力系统的传感器、控制系统等,通常用于进行发动机燃烧控制,汽车尾气循环处理(如废气再循环EGR),自动变速箱控制(自动/手自一体)。

2、安全控制系统

分为主动安全系统与被动安全系统,主动安全控制系统是以提高汽车的主动安全性能为主要目标的控制系统,被动安全控制系统是使车辆在事故发生时大幅减低碰撞强度的控制系统。主动安全系统包括汽车安全驾驶辅助系统、防抱死制动系统ABS、制动辅助系统BAS、驱动防滑装置ASR、电子制动辅助系统EBA、电子稳定程序ESP、车辆偏离警告系统、碰撞规避系统、胎压监测系统TPMS、自动驾驶公路系统等。被动安全系统包括安全气囊、预警式安全带等。

3、通讯娱乐系统

车载信息系统(运用计算机、卫星定位、通讯、控制等技术来提供安全、环保及舒适性功能和服务的汽车电子设备)、车载音响、车载电视、车载导航(GPS)等。

4、车身电子系统

转向控制、仪表仪盘、空调控制系统、汽车防盗系统、中控锁等。

通讯娱乐系统与车载电子系统开始步入增长期。根据德勤报告的数据显示,预计2012-2016E通讯娱乐系统年复合增长率将达10.8%,为各细分行业中年复合增长率最快,安全控制系统年复合增长率将为10.2%,位居第二。

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