電子發(fā)燒友網(wǎng)報道(文/梁浩斌)隨著汽車產(chǎn)業(yè)智能化、電動化趨勢加速,汽車從內(nèi)燃機向電動的架構(gòu)轉(zhuǎn)變,令更多新技術(shù)在汽車上得到更加廣泛的應(yīng)用。伴隨汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,LED光源在汽車照明中的滲透率正在不斷加速,同時汽車照明對于芯片的需求也隨之高漲。
汽車智能大燈的發(fā)展趨勢
在照明技術(shù)的發(fā)展下,汽車照明的光源經(jīng)歷過幾次變革。自2010年起,LED憑借更高的發(fā)光效率、更長的工作壽命、更快的響應(yīng)速度、更低的能耗、更小的系統(tǒng)尺寸等優(yōu)勢開始對傳統(tǒng)鹵素?zé)?、氙氣燈等光源進行替代。
來源:Yoledeveloppement
Yole的數(shù)據(jù)顯示,2021年汽車照明市場規(guī)模是314.68億美元,其中前照燈(頭燈)占比約67.18%達到211.41億美元,尾燈占比約15.9%為50.04億美元。2021~2027年的年均復(fù)合增長率CAGR是5%,2027年市場規(guī)模將達到421.77億美元。
顯然,汽車照明市場中,價值占比最大的是車外照明,包括前照燈和尾燈。在前照燈領(lǐng)域,LED滲透率已經(jīng)普遍超過50%,其中新能源汽車滲透率較高。造車新勢力中汽車大燈的LED滲透率已經(jīng)超過90%,比亞迪LED滲透率也達到80%,大眾、豐田、通用等的LED大燈滲透率也超過60%。
相比于傳統(tǒng)的鹵素?zé)簟㈦瘹鉄?,LED的驅(qū)動方式導(dǎo)致需要更復(fù)雜的電子控制模塊,意味著車燈中對于各種芯片的需求也會提高,這包括MCU、線性驅(qū)動IC、DC-DC、CAN收發(fā)器、MOSFET等等。
同時,車燈智能化技術(shù)的發(fā)展,讓車燈中的芯片應(yīng)用顯得尤為重要。比如自適應(yīng)遠光燈(ADB)可以根據(jù)攝像頭輸入視頻信號來識別來車方向及距離,相應(yīng)調(diào)整燈光照射的區(qū)域,避免對其他車輛駕駛員造成炫目,保障行車安全。
而在多款新能源汽車上應(yīng)用的投影大燈在實現(xiàn)ADB功能的同時,甚至還可以在地面投射出不同的動態(tài)圖像,可以作為駕駛輔助功能或是與行人交互。
智能大燈發(fā)展到現(xiàn)在,已經(jīng)演變出六種技術(shù)路線。首先是LED矩陣式,這種方式采用多顆LED燈珠組成一個發(fā)光矩陣,再通過單獨控制不同區(qū)域或不同燈珠實現(xiàn)燈光控制。雖然LED矩陣式是目前最成熟的技術(shù),但由于LED封裝尺寸的限制,組成矩陣的燈珠數(shù)量受到了很大限制,最高像素量在百位級;且密集燈珠組成的矩陣造成的驅(qū)動、散熱等問題,對系統(tǒng)設(shè)計提出了很高的挑戰(zhàn)。
DLP(DigitalLightProcessing,數(shù)字光處理)技術(shù)主要由德州儀器主導(dǎo),這是通過DMD(數(shù)字微鏡)實現(xiàn)車燈像素級投影的技術(shù)。DMD是一種MEMS器件,擁有數(shù)百萬微鏡片,而通過控制器、驅(qū)動器,借助高達60Gbps的像素數(shù)據(jù)速率高速精準(zhǔn)控制這些鏡片,實現(xiàn)百萬級像素的投影。目前TI官網(wǎng)上最新的DLP5531A-Q1已經(jīng)具有130萬像素分辨率。
LCD大燈技術(shù)可以理解為將普通LCD顯示屏去除RGB濾光片和背光,將大燈LED光源作為顯示面板的背光源,這樣就類似于一個亮度極高的LCD屏幕,同樣可以實現(xiàn)高像素的投影效果,目前像素量已經(jīng)可以做到萬級。當(dāng)然在實際應(yīng)用中,由于LED光源的溫度較高,LCD面板無法直接放在LED光源上,這時可以通過反射鏡等方式來構(gòu)成光路。不過由于光通過偏光片和LCD面板會存在損耗,光學(xué)效率會降低,目前這種技術(shù)的主要玩家是海拉。
艾邁斯歐司朗推出的μAFS(可尋址像素矩陣)式技術(shù)是從LED芯片的層面去實現(xiàn)像素級控光,艾邁斯歐司朗預(yù)先在芯片的硅襯底中整合了矩陣式的CMOS控制電路,結(jié)合同樣經(jīng)矩陣式微結(jié)構(gòu)處理的芯片,實現(xiàn)了對芯片上每一個獨立的微結(jié)構(gòu)區(qū)域進行單獨的開、關(guān)及電流調(diào)節(jié)的功能,使每一個微結(jié)構(gòu)區(qū)域直接成為了大燈光型中可獨立控制的像素。與DLP和LCD技術(shù)相比,μAFS主要缺點是像素數(shù)量較少,目前艾邁斯歐司朗的EVIYOS能在4mm×4mm的單個芯片上做到1024像素,單個像素達到3lm的光通量。
日本小糸制作所的BladeScan技術(shù)采用旋轉(zhuǎn)的特質(zhì)鏡面,當(dāng)光源照射到旋轉(zhuǎn)的鏡面后,燈光反射照亮車輛前方的某一區(qū)域,在鏡面的旋轉(zhuǎn)下就形成燈帶在前方不斷的從左往右掃射的情況,當(dāng)燈源數(shù)和鏡面的轉(zhuǎn)速達到一定程度的時候,不斷疊加的掃射燈帶便可實現(xiàn)前方燈光的全范圍覆蓋。從原理上有點類似于轉(zhuǎn)鏡式激光雷達,但實際效果似乎不錯,按照官方的說法,只要22顆燈源就能實現(xiàn)原技術(shù)400顆燈源下的效果,極大降低了制造成本。
博世也推出了一種特別的智能大燈技術(shù),通過MEMS微鏡反射激光束到熒光體上,由此產(chǎn)生的激光掃描圖紋再通過二級光學(xué)元件投射到路面上。相比目前現(xiàn)有的汽車LED前照燈技術(shù),掃描微鏡激光系統(tǒng)能夠產(chǎn)生連續(xù)光束,而不會像LED前照燈那樣,出現(xiàn)當(dāng)單顆LED啟動或關(guān)閉時出現(xiàn)的“跳躍”照明區(qū)域邊界的情況。另一個非常重要的優(yōu)勢是這款系統(tǒng)能夠根據(jù)需要重新調(diào)整光通量,提高光源的平均利用率,降低系統(tǒng)功耗。不過這種技術(shù)暫時還未得到應(yīng)用。
不難看出,智能大燈的趨勢下,系統(tǒng)需要增加更多的控制模塊,芯片種類、數(shù)量都會有所增加。據(jù)統(tǒng)計,目前一些高端車型中前后車燈所采用的芯片數(shù)量要超過200顆,種類超過30種。
車規(guī)芯片國產(chǎn)化,車燈應(yīng)用是“敲門磚”
根據(jù)“汽車電子設(shè)計”分享的數(shù)據(jù),目前在汽車車燈中所用到的芯片主要有DC-DC、線性驅(qū)動IC、MCU三類。其中DC-DC目前市場份額的90%由TI、英飛凌、Maxim、MPS、安森美等瓜分;線性驅(qū)動IC則由英飛凌、TI占據(jù)近80%份額;MCU主要是恩智浦、英飛凌以及Maxim,三者占到超過90%的份額。
MCU方面,用于車燈的主要幾款代表產(chǎn)品有NXP的S12ZVL系列以及英飛凌的TLE9842。
S12ZVL是S12NXP的MagniV混合信號MCU系列一部分,提供一個低成本、高度集成的解決方案,適合空間受限的汽車LIN節(jié)點。提供從8-128KB的閃存,集成了32MHz頻率的S12Z內(nèi)核、一個12V-5V的穩(wěn)壓器、10/12位ADC和一個LIN物理層收發(fā)器。
TLE9842是英飛凌TLE984x系列的一款32位MCU,集成了時鐘頻率高達40MHz的Cortex-M0內(nèi)核、以及LIN收發(fā)器、繼電器驅(qū)動器和40KB閃存。
盡管從數(shù)據(jù)上我們能看出,目前汽車車燈中用到的芯片幾乎由海外大廠所壟斷。但車規(guī)級MCU國產(chǎn)化已經(jīng)是目前的大趨勢,自2020年缺芯潮開始,國產(chǎn)車規(guī)MCU有加速導(dǎo)入本土汽車供應(yīng)鏈的趨勢,而車燈、門窗等應(yīng)用,是不少國內(nèi)MCU廠商邁進汽車供應(yīng)鏈的敲門磚。
比如賽騰微電子的ASM87F0812T16CIT此前在2019年就已經(jīng)通過國內(nèi)某主機廠的測試認證,出貨量超過百萬顆。ASM87F0812T16CIT是一款針對汽車LED尾燈控制開發(fā)的高性能專用MCU,該芯片選用通過ISO/TS16949認證的汽車級0.11um嵌入式閃存工藝制造,內(nèi)置全溫全壓高精度(<±0.3%)時鐘振蕩器、邊緣捕獲PWM與高可靠的Data?EEPROM等專用電路模塊等。另外,據(jù)稱采用賽騰微MCU的矩陣式前大燈等應(yīng)用電控方案也在與其他主機廠合作推進中。
芯旺微近期推出的新品KF32A136是一款32位車規(guī)級MCU,基于自主KungFu內(nèi)核,主頻達到48MHz,支持單路CAN2.0和多路LIN,滿足AEC-Q100Grade1車規(guī)認證,支持2.7~5.5V寬工作電壓范圍。KF32A136同時也是針對汽車節(jié)點控制單元打造的MCU產(chǎn)品,可應(yīng)用于車燈控制、座椅控制、空調(diào)面板控制和車窗開關(guān)控制等領(lǐng)域。
據(jù)了解,芯旺微目前有KF32F、KF32D、KF32DA三代內(nèi)核,其中KF32A覆蓋車身控制需求;KF32D內(nèi)核覆蓋動力系統(tǒng)控制需求;KF32DA多核內(nèi)核符合ASIL-D要求,可以應(yīng)用于動力、底盤到新一代域控制器等。目前芯旺微已有近50款車規(guī)型號的產(chǎn)品量產(chǎn),ASIL-B等級產(chǎn)品在今年年底將會量產(chǎn),同時最高的ASIL-D等級產(chǎn)品已經(jīng)在研發(fā)中,未來可應(yīng)用于汽車ABS、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等核心部件中。
云途半導(dǎo)體在今年8月介紹了今年量產(chǎn)的一款32位車規(guī)級MCU產(chǎn)品YTM32B1ME,據(jù)稱這是國內(nèi)唯一實現(xiàn)量產(chǎn)的Cortex-M33內(nèi)核高端32位車規(guī)級MCU。同時,云途半導(dǎo)體已經(jīng)量產(chǎn)的YTM32B1L,被華為、上汽等已數(shù)十家Tier1及整車廠定點并實現(xiàn)批量出貨采用,主要用于車燈、各類傳感器、車窗、電動尾門等應(yīng)用。
寫在最后
當(dāng)然,在車燈上應(yīng)用的DC-DC、線性驅(qū)動IC,近年有更多的國內(nèi)廠商入局。而隨著國產(chǎn)車規(guī)級MCU等產(chǎn)品更多進入汽車供應(yīng)鏈,通過與終端的相互反饋,最終產(chǎn)品將會逐漸完善。面對未來汽車車燈智能化的趨勢,MCU等芯片的需求越來越多,國產(chǎn)車規(guī)芯片將獲得更多機會,從車燈、車窗等,逐步邁向安全等級需求更高的應(yīng)用,真正向海外大廠的傳統(tǒng)優(yōu)勢領(lǐng)域發(fā)起沖擊
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