淺談支撐智能座艙的底層硬件

“全液晶中控大屏，高清的顯示效果，讓各種操作變得前所未有的流暢和簡單;”

“語音交互，就可以接打電話、微信聊天，還能實(shí)現(xiàn)智能導(dǎo)航;”

“搭配高品質(zhì)音響和氛圍燈，就可以擁有觀影和聽音樂的沉浸式體驗(yàn);”

“OTA智能升級，將手機(jī)上的軟件與車內(nèi)系統(tǒng)無縫對接;”

“駕駛也更加安全了，可以監(jiān)測駕駛員的駕駛狀態(tài)，也可以對緊急路況進(jìn)行預(yù)警;”

一場智能座艙的變革，已經(jīng)悄悄地走進(jìn)了我們生活。

它是得力的出行助手，是充滿想象力的“第三空間”，更是我們與數(shù)字智能化時(shí)代的一個(gè)交互界面。

作為汽車與消費(fèi)者的近距離高頻觸點(diǎn)，座艙的進(jìn)化，則是汽車智能化由底層生長出來的最具體而微的體現(xiàn)，也是最具想象力和創(chuàng)造力的對未來生活的愿景。

基于來自 IHS Markit 的數(shù)據(jù)，2020年中國市場座艙智能配置水平的新車滲透率約為48.8%，到 2025 年預(yù)計(jì)可以超過75%，長期預(yù)測中國的智能網(wǎng)聯(lián)汽車市場將不斷增長，至2025年接近2000萬輛，均高于全球市場的裝配率水平，以期滿足中國日益增長的座艙智能配置需求。

從用戶購買決策的關(guān)鍵因素來看，根據(jù) IHS Markit 最新的調(diào)研結(jié)果，座艙智能科技配置水平是僅次于安全配置的第二大類關(guān)鍵要素，其重要程度已超過動(dòng)力、空間與價(jià)格等傳統(tǒng)購車關(guān)鍵要素，反映出座艙智能科技已成為用戶購車的重要考量。

今天我們就來探討一下支撐智能座艙的底層硬件，為想象力插上“翅膀”。

《2021汽車智能座艙白皮書》中提出，對于座艙來說，決定其功能和性能的關(guān)鍵是主 SoC 的算力， 衡量 CPU 算力的單位主要是 DMIPS，DMIPS 是 Dhrystone Million Instructions Per Second 的縮寫，每秒處理的百萬級的機(jī)器語言指令數(shù)。隨著智能座艙應(yīng)用覆蓋越來越廣，它所需要的 CPU 算力也在不斷提升，現(xiàn)在普遍認(rèn)為，DMIPS 在 20KDMIPS 以上的 SoC 才能算得上是智能座艙處理器，并且算力的需求還在不斷的上升。

圖: 智能座艙典型功能

下面我們以國產(chǎn)智能座艙芯片領(lǐng)行者——芯馳科技為例，詳細(xì)探索一下智能座艙的底層硬件架構(gòu)究竟有哪些“智能”。

芯馳X9芯片 -- 高性能智能座艙

X9 系列處理器是芯馳科技專為新一代汽車電子座艙設(shè)計(jì)的車規(guī)級汽車芯片，集成了高性能 CPU、GPU、AI 加速器、視頻編解碼處理器等加速單元。一顆 X9 處理器，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)儀表、中控、后視鏡、后排娛樂等多達(dá)10個(gè)高清顯示，并支持多屏共享和互動(dòng)，滿足未來智能座艙各項(xiàng)功能需求。X9 處理器集成 PCIe、USB、CANFD、以太網(wǎng)等豐富的接口和總線協(xié)議，使 X9 系列處理器以較小造價(jià)與各類車載系統(tǒng)無縫銜接。

X9 系列處理器包含 X9E、X9M、X9H、X9HP 和 X9U 等多個(gè)產(chǎn)品，配置不同數(shù)目和性能的 CPU 和 CPU 內(nèi)核，算力最高達(dá)到 100KDMIPS，完整覆蓋液晶儀表、中控導(dǎo)航、高端智能座艙等多種座艙應(yīng)用場景。更讓人驚喜的是，為了幫助客戶節(jié)省開發(fā)成本，同時(shí)縮短開發(fā)周期，整個(gè) X9 系列中做到了軟硬件兼容，客戶只要進(jìn)行一次設(shè)計(jì)，就可以支持各個(gè)不同車型的應(yīng)用。

MPS 公司與芯馳聯(lián)合開發(fā) X9H 參考板，提供電源供電解決方案

X9H 是 X9 系列中的高性能型座艙芯片，采用6核 A55 外加數(shù)個(gè) R5 核，CPU 算力高達(dá) 36K DMIPS，GPU 算力高達(dá) 140GFLOPS。

MPS 公司與芯馳聯(lián)合設(shè)計(jì)的 X9H 參考板，可實(shí)現(xiàn)多達(dá)4屏聯(lián)動(dòng)的智能座艙方案。X9H 參考板的輸入端直接由12V電池供電，由于 SoC 的供電軌多是小于1V的電壓等級，考慮整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率和電池的冷啟動(dòng)、拋負(fù)載的電池電壓波動(dòng)， MPS 公司為其推薦兩級的供電方案。

1、一級供電方案

一級電路將12V轉(zhuǎn)到5V, 是由一顆最大輸入電壓45V, 最大輸出電流6A，支持并聯(lián)的MPS 公司車規(guī)級 Buck 芯片 MPQ4436-AEC1 來完成的。

圖：MPS 公司一級電源方案 MPQ4436-AEC1

其封裝大小為 4mm x 4mm, 超小的封裝尺寸節(jié)省了客戶的布板面積;

超高的轉(zhuǎn)換效率以應(yīng)對汽車艙內(nèi)復(fù)雜的散熱環(huán)境;

超強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性能為后級電路的穩(wěn)定輸出提供堅(jiān)實(shí)后盾;

支持多顆并聯(lián)的可拓展性增加了客戶設(shè)計(jì)的靈活性和平臺(tái)的傳承性;

內(nèi)部也集成了豐富的保護(hù)功能，包括打嗝模式的過流保護(hù)、輸入欠壓保護(hù)等為整個(gè)系統(tǒng)和后級電路的可靠性增加了一份強(qiáng)有力的保證;

還有具有展頻功能的版本 MPQ4436A，展頻功能可降低系統(tǒng)的 EMI 干擾，降低客戶整板的 EMI 設(shè)計(jì)難度，客戶可以根據(jù)需求靈活選擇。

2、二級供電方案

為了滿足 X9 E/M/H 三個(gè)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn) Pin-to-Pin 靈活兼容，二級方案當(dāng)然也需要靈活的 “組合拳”來配合，這就輪到我們 MPS 公司的 MPQ217x 系列產(chǎn)品出場了。

MPQ217x系列提供了 MPQ2177/MPQ2178/MPQ2179 三種型號，分別對應(yīng) 1A/2A/3A 的輸出能力，并可以做到 Pin-to-Pin 兼容，這就為不同平臺(tái)的硬件布局統(tǒng)一提供了有力支持。

以 X9H 為例，二級電路根據(jù) SoC 不同供電軌的電流需求，分別由輸出電流 3A 的 MPQ2179-AEC1 和輸出電流 6A 的 MPQ2167A-AEC1 靈活組合來實(shí)現(xiàn)。

圖: 二級電源方案系統(tǒng)架構(gòu)

MPQ2179 和 MPQ2167A 是專門針對 5V 應(yīng)用如信息娛樂系統(tǒng)、ADAS、攝像頭和智能座艙等設(shè)計(jì)的，這些應(yīng)用均要求快速瞬態(tài)響應(yīng)、超低噪聲、高精度輸出以及良好的散熱性能。

MPQ2179 和 MPQ2167A 均采用MPS 公司最新的 BCD 低電阻工藝，再結(jié)合先進(jìn)的倒裝芯片封裝工藝，可以實(shí)現(xiàn)較高的系統(tǒng)效率。

MPQ2179 的工作頻率為2.4MHz，較高的開關(guān)頻率不僅能夠縮小電感的體積，還能夠避開 AM 無線電頻段，減小對汽車無線電頻段的干擾。

MPQ2167A 封裝大小為 3mm x 3mm，其工作頻率可由外部電阻決定，最大工作頻率為2. 2MHz。MPQ2167A 也集成了豐富的保護(hù)功能，包含 Cycle by Cycle 過流保護(hù)，輸出短路保護(hù)，輸入欠壓保護(hù)和輸出過壓保護(hù)。

3、背光驅(qū)動(dòng)方案

X9H 最多可以支持4路全高清顯示，屏幕點(diǎn)亮和調(diào)光必然少不了背光驅(qū)動(dòng)芯片，下面我們來了解一下 MPS 公司的背光芯片 MPQ3364-AEC1:

圖：MPQ3364-AEC1 典型應(yīng)用框圖

MPQ3364-AEC1 為車規(guī)級 Boost 型4通道的背光驅(qū)動(dòng)芯片，最大工作頻率為2.2MHz，每通道最大驅(qū)動(dòng)電流為150mA，最大輸出電壓可支持到50V;

支持 I2C 總線，且芯片本身支持3個(gè) I2C 地址，同一條 I2C 總線可以支持掛3顆芯片，方便使用時(shí)對多顆芯片進(jìn)行配置;

調(diào)光方式有三種：PWM 調(diào)光、模擬調(diào)光以及 PWM 和模擬混合調(diào)光，可以通過外部引腳對調(diào)光方式進(jìn)行選擇，PWM 調(diào)光比可達(dá) 15000:1，模擬調(diào)光的調(diào)光比為 200:1, 精細(xì)的調(diào)光比使得屏幕的亮度變化更加細(xì)膩;

支持逐周期電流保護(hù)、LED 開路和短路保護(hù)、電感短路保護(hù)、輸出過壓保護(hù)以及過溫保護(hù)，豐富的內(nèi)部保護(hù)功能，為背光驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供安全可靠的保障。

未來隨著座艙 SOC 工藝趨于先進(jìn)，算力增強(qiáng)、主頻提高，對電源芯片的選型和設(shè)計(jì)也會(huì)提出更多挑戰(zhàn)，例如：考慮到整板發(fā)熱越來越大，希望電源轉(zhuǎn)換效率更高;單 Phase 或多 Phase 的輸出電流等級更高;動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度更快;同時(shí)也需要進(jìn)一步提升功能安全等級。MPS 公司依靠自身積累，持續(xù)在車載電源領(lǐng)域深耕，未來也將發(fā)力創(chuàng)新，不斷推出更有競爭力的產(chǎn)品，陪伴客戶一同成長，未來可期!

審核編輯：湯梓紅