什么是車用/車規(guī)芯片？汽車電子芯片的革命

隨著消費(fèi)者對(duì)汽車的功能需求與定位不同，未來汽車的電子/電機(jī)系統(tǒng)也日趨復(fù)雜。傳統(tǒng)汽車的電機(jī)系統(tǒng)泛指與汽車驅(qū)動(dòng)相關(guān)的電子電機(jī)設(shè)備，如：電機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池。而現(xiàn)今的汽車電子則泛指應(yīng)用在汽車上的各種電子/電機(jī)系統(tǒng)，整輛汽車則依賴這些電子/電機(jī)系統(tǒng)的正常操作。各類電子/電機(jī)系統(tǒng)在汽車內(nèi)的設(shè)計(jì)主要采取分布式的設(shè)計(jì)，亦即各系統(tǒng)盡可能獨(dú)立運(yùn)作，避免單一系統(tǒng)故障造成汽車完全無法操作的狀況。電子/電機(jī)系統(tǒng)按照其在汽車上所要執(zhí)行的功能可再粗略分成下面幾類：

1.車身控制

車身控制是指汽車電子的最基礎(chǔ)控制單元，此控制系統(tǒng)包含遙控鎖定/解鎖汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車天窗、車燈等開關(guān)。

2.底盤控制

底盤控制主要負(fù)責(zé)底盤相關(guān)的所有調(diào)整，例如從偵測(cè)道路顛簸程度，調(diào)整避震器的阻尼，都屬于這個(gè)電子系統(tǒng)的功能

3.動(dòng)力系統(tǒng)

動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)組合而成，傳動(dòng)系統(tǒng)的功能是連接產(chǎn)生動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)以及驅(qū)動(dòng)輪，其中會(huì)利用機(jī)械能使驅(qū)動(dòng)輪的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

4.信息娛樂系統(tǒng)

車內(nèi)信息娛樂系統(tǒng)（In-Car Entertainment， ICE）又稱車內(nèi)信息系統(tǒng)（In-Vehicle Infotainment，IVI），包含一系列在車內(nèi)提供聲音、影像的軟硬件，如：音響、導(dǎo)航、USB 接口、藍(lán)牙連線、語音控制、手勢(shì)識(shí)別到車內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)分享皆屬此范疇。

隨著科技導(dǎo)入汽車設(shè)計(jì)，更多的系統(tǒng)也隨之誕生，現(xiàn)今消費(fèi)者所購買的汽車，除了上述系統(tǒng)外，還添加了以下：

1.被動(dòng)安全系統(tǒng)

被動(dòng)安全系統(tǒng)（Passive Safety）是針對(duì)汽車在準(zhǔn)備撞擊或是感測(cè)到危及駕駛?cè)嘶虺丝桶踩珪r(shí)所啟動(dòng)的動(dòng)作，包含了安全氣囊、陡坡緩降控制及緊急剎車輔助系統(tǒng)等皆屬此一范疇。

2.駕駛輔助系統(tǒng)

駕駛輔助系統(tǒng)（Driver Assistance）則提供駕駛?cè)藛T對(duì)汽車的操控輔助， 一般而言，包含了車道輔助、速度輔助、盲點(diǎn)檢測(cè)、停車輔助、自動(dòng)巡航至行人偵測(cè)等皆包含在內(nèi)。

3.乘客舒適系統(tǒng)

乘客舒適系統(tǒng)（Passenger Comfort System）則提升了駕駛?cè)藛T及乘客在車內(nèi)乘坐的感受，常見的乘客舒適系統(tǒng)涵蓋了恒溫控制、電動(dòng)座椅高度及傾斜度的調(diào)節(jié)、自動(dòng)啟閉雨刷、自動(dòng)開啟車燈。

4.電子整合駕駛艙系統(tǒng)

隨著車內(nèi)的系統(tǒng)種類及功能越來越多，再加上現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片的功能越來越強(qiáng)大，汽車設(shè)計(jì)開始出現(xiàn)部分系統(tǒng)的整合控制，這種設(shè)計(jì)概念將原本分布式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)改變成部分中心化的控制。這種設(shè)計(jì)除了中心化控制使數(shù)據(jù)在各系統(tǒng)中的交換變得更容易處理外，也帶來了節(jié)省半導(dǎo)體芯片使用量的好處，進(jìn)而降低汽車的產(chǎn)生成本。這類系統(tǒng)多半結(jié)合了信息娛樂系統(tǒng)、儀表板、駕駛輔助系統(tǒng)等。

但這類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)挑戰(zhàn)則來自于混合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，相較于傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)概念，需要更長(zhǎng)的開發(fā)時(shí)間。舉例來說，若資訊娛樂系統(tǒng)的中控臺(tái)觸控屏幕采用Android系統(tǒng)且汽車配有藍(lán)牙功能，汽車就會(huì)出現(xiàn)潛在的風(fēng)險(xiǎn)，可能是黑客通過藍(lán)牙進(jìn)入Android系統(tǒng)，再經(jīng)由Android系統(tǒng)連通汽車的解鎖系統(tǒng)，進(jìn)而開啟車門。

另一方面，這類混合系統(tǒng)也帶來更多對(duì)于安全的設(shè)計(jì)要求。舉例來說，若娛樂系統(tǒng)中的中控臺(tái)觸控屏幕采用Android系統(tǒng)，當(dāng)Android宕機(jī)時(shí)，是否會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤的指令，使得行進(jìn)中的汽車打開車門。因此，隨著電子整合駕駛艙系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念的日漸普及，汽車的設(shè)計(jì)也開始出現(xiàn)更多的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證方式與規(guī)范，而非往日僅有器件可靠度和耐用度的驗(yàn)證。

圖一：電子/電機(jī)系統(tǒng)分類

車用芯片種類

根據(jù)之前所敘的汽車電子/電機(jī)系統(tǒng)，汽車芯片可簡(jiǎn)單分為下面幾種：

1.電源管理芯片

用來處理汽車上所有的電源，包含交流/直流、直流/直流的電源轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓、電源偵測(cè)及保護(hù)電路。

2.內(nèi)存存儲(chǔ)芯片

用來儲(chǔ)存各項(xiàng)設(shè)定，包含F(xiàn)lash與EEPROM。

3.感測(cè)芯片

用來偵測(cè)各種情況，包含壓力偵測(cè)、溫度偵測(cè)、空氣流量偵測(cè)、角速度偵測(cè)、加速度偵測(cè)環(huán)境光源亮度偵測(cè)、距離偵測(cè)等。

4.微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理芯片

微控制器、數(shù)字信號(hào)處理：用來處理數(shù)據(jù)及控制系統(tǒng)。

5.驅(qū)動(dòng)芯片

驅(qū)動(dòng)各類系統(tǒng)或分離式元件，包含屏幕、整流器、二極管、射頻。

6.離散式電子元件

各類功率晶體管、二極管等。

圖二：汽車電子/電機(jī)系統(tǒng)所采用的芯片分類

什么是車用/車規(guī)芯片？

車用芯片是泛指使用在汽車內(nèi)的所有芯片。從芯片設(shè)計(jì)的角度考慮其使用的場(chǎng)景，大致分為消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)或車用級(jí)。而車用芯片一定是車用級(jí)芯片嗎？以大家在汽車改裝店安裝的行車記錄儀里所使用的芯片而言，這個(gè)問題答案可能是否定的。但對(duì)于原廠汽車車輛上所使用的芯片而言，這個(gè)問題的答案則是肯定的。

若按照芯片設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)分類，消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)或車用級(jí)的差異來自于其不同的使用場(chǎng)景。更精確的說，是來自于操作溫度、操作電壓、儲(chǔ)存溫度、儲(chǔ)存濕度、靜電放電容忍程度及芯片生產(chǎn)批次性的差異容許范圍。以操作溫度而言，不同規(guī)格的芯片，設(shè)計(jì)的操作溫度范圍可參考圖三。

圖三：廣義車用級(jí)芯片操作溫度

總結(jié)

隨著汽車電子功能的不斷與時(shí)俱增，以文章中提及的條件來做為車規(guī)級(jí)芯片與其他芯片的區(qū)別已明顯不足。因此也衍生出了許多車規(guī)級(jí)芯片所特別需要的車規(guī)認(rèn)證，同時(shí)導(dǎo)致用傳統(tǒng)的芯片設(shè)計(jì)方法已無法滿足既有車規(guī)級(jí)芯片設(shè)計(jì)的需求。下一篇我們將繼續(xù)介紹，在車規(guī)級(jí)芯片的認(rèn)證規(guī)范日益充滿挑戰(zhàn)的情況之下，奎芯科技團(tuán)隊(duì)目前所掌握的核心技術(shù)如何提供優(yōu)秀的解決方案，在專屬認(rèn)證規(guī)范內(nèi)提升車規(guī)級(jí)芯片的質(zhì)量及可靠性。