引言

　　現(xiàn)代汽車中的半導體技術和產(chǎn)品正在迅猛增加，消費者對附加功能的需求正將汽車從一個以電氣系統(tǒng)為輔的機械系統(tǒng)，變成一個沒有電子系統(tǒng)就無法正常運行的機電系統(tǒng)。這一發(fā)展趨勢刺激了市場對優(yōu)質、強大并具有成本效益的硅解決方案的需求。

　　過去，汽車工業(yè)更重視電氣系統(tǒng)，而不重視電子系統(tǒng)。例如，照明系統(tǒng)過去經(jīng)常使用繼電器、熔斷器和電源開關作為主模塊設計。今天，ST的“智能”硅解決方案正將汽車工業(yè)引入一個嶄新的激動人心的汽車設計時代。這場革新不僅發(fā)生在傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)，而且還涉及到機械系統(tǒng)?，F(xiàn)在幾乎沒有汽車制造商還在使用純粹的機械/電氣發(fā)動機控制系統(tǒng)，幾乎所有的現(xiàn)代設計都是利用微處理器的強大功能使發(fā)動機運行得既高效又安靜，而且，還可以按照司機的要求輸出動力。

　　隨著汽車工業(yè)對半導體依賴程度的提高，半導體供應商不斷開發(fā)出新的技術和工藝，以滿足汽車工業(yè)對半導體產(chǎn)品的需求。這些進步正將汽車引向一個成本和集成度都優(yōu)于今天的解決方案的汽車系統(tǒng)的理想目標。不過，只能通過半導體供應商與汽車工業(yè)相關的行業(yè)的密切合作才能取得這些進步，像意法半導體(ST)這樣的寬線產(chǎn)品的半導體供應商已經(jīng)認識到了這種關系。本文探討了一些專門為汽車工業(yè)開發(fā)的半導體技術，以及半導體供應商與汽車制造商及其一級零部件供應商的合作關系在這一成功中所發(fā)揮的關鍵作用。

　　合作模式

　　隨著汽車控制系統(tǒng)的復雜性日益提高，以及對乘座舒適性需求的提高，汽車制造商及半導體供應商增加的投資超出了汽車市場的增長速度。快速的投資增長和對半導體的重視，急需半導體供應商提高產(chǎn)品功能，同時降低成本。

　　為了實現(xiàn)這些目的，汽車制造商及其一級零部件供應商需要依賴像意法半導體一樣的半導體供應商的專門技術和工藝，半導體供應商為半導體器件輸入了專門的技術，同時，汽車制造商及其一級零部件供應商也為系統(tǒng)提供了專門的技術。因此，一個優(yōu)良的交流模式對于汽車半導體產(chǎn)品開發(fā)是非常重要的。

　　傳統(tǒng)上，汽車工業(yè)的半導體產(chǎn)品開發(fā)是基于一個分層的交流模式，在這種模式下，半導體供應商直接與一級零部件供應商交流，而一級供應商要分別與半導體供應商和汽車制造商交流。因為一級零部件供應商在整車的某些特殊的系統(tǒng)開發(fā)上擁有專門的技術，所以，這種交流模式對于閉路系統(tǒng)十分有效。不過，對于依靠汽車的其他系統(tǒng)幫助來執(zhí)行目標功能的系統(tǒng)(開路系統(tǒng))，汽車制造商的加入是十分重要的。這種方法是針對汽車工業(yè)標準系統(tǒng)而產(chǎn)生的。由汽車制造商、一級零部件供應商和半導體供應商組成的集團叫做財團。財團采用圓桌會議的方法在成員之間建立交流渠道，汽車工業(yè)正在享受這一結果帶來的好處。

　　硅技術進步

　　縱向智能功率技術(VIPower)--用智能硅器件取代繼電器自晶體管問世以來，硅開關技術經(jīng)歷了全面的發(fā)展，不過，硅技術局限性意味著在高可靠和惡劣環(huán)境中(如汽車)，晶體管的應用將會受到限制。在硅技術無法應用的領域，機電繼電器則是一個成本低廉的開關解決方案。

　　現(xiàn)在，新的硅技術正在改變傳統(tǒng)的觀念。先進的硅技術，如意法半導體開發(fā)的VIPower(縱向智能功率MOS技術)，不僅縮小了芯片封裝的尺寸，而且還提高了器件內(nèi)部的智能技術含量。這種技術允許開發(fā)智能程度更高的用戶友好的應用，例如，無需熔斷器的智能前大燈控制器，以及智能車窗升降應用，這種升降機無需特殊傳感器就能檢測到夾在車窗的物體，如手或嬰兒的頭。

　　意法半導體開發(fā)出了很多在單一半導體器件內(nèi)集成系統(tǒng)功能的硅技術，這種技術允許控制 電路與場效應MOS驅動器安裝在一起，在與VIPower器件配合使用時，可以形成一個系統(tǒng)解決方案。

　　VIPower 硅結構允許設計一個低Rdson(通態(tài)電阻)的開關器件，這樣，使用少量的半導體器件，就可以驅動較大的負載，如直流電機、電磁閥和車燈。意法半導體正在設計將硅技術與工藝融為一體，包括采用VIPower技術的智能控制器單片。硅技術和工藝整合后為汽車工業(yè)創(chuàng)造的獨特產(chǎn)品，會以更低的成本實現(xiàn)更高的功能和更佳的系統(tǒng)設計。

　　當設計驅動外部負載的汽車系統(tǒng)時，最重要的是了解使用硅器件的優(yōu)點和局限性。在為系統(tǒng)確定正確的半導體分布的內(nèi)部設計方面，意法半導體擁有專門的技術和豐富的經(jīng)驗。為融合一級零部件供應商的專門系統(tǒng)技術和汽車制造商開發(fā)的每一臺汽車平臺的專門技術，利用一個隨時可用的強大框架，以確保汽車具有異的質量和可靠性。

　　微控制器——更強的處理能力，更小的功耗

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　　汽車系統(tǒng)的理想的微控制器應具有強大的處理能力，同時電力功率消耗也應很低。這是因為兩個原因：使用微控制器的系統(tǒng)還有更多的任務要做;越來越多的新系統(tǒng)被增加到汽車制造商的汽車平臺上。

　　對于微控制器，性能提高意味著工作頻率提高，這就產(chǎn)生了電磁傳導系數(shù)(EMC)和電磁化系數(shù)(EMS)問題。為了滿足汽車EMC和EMS嚴格的需求，半導體設計商在優(yōu)化微控制器的電路和布局上花費了巨大的人力和物力，開發(fā)出了能夠滿足并超出汽車環(huán)境要求的微控制器產(chǎn)品。

　　硬件平臺

　　微控制器核心只是微控制器的一部分，微控制器的外設組合、封裝尺寸和引腳也很重要。例如，控制車身電子系統(tǒng)的微控制器可能需要一對精確的模數(shù)轉換器(ADC)、16位定時器、自動裝載脈寬調(diào)制(PWM)輸出、連接外圍組件的串口(SPI)、K線和LIN等通信用串行通信接口(SCI)，甚至還包括直接驅動步進電機的專用電機控制輸出(常用于儀表線束)。

　　通過與一級零部件供應商和汽車制造商密切合作，意法半導體已經(jīng)有能力運用獨有的硅技術及工藝，開發(fā)高集成度的可以用于汽車平臺多個系統(tǒng)的微控制器家族。

　　軟件平臺

　　大多數(shù)汽車制造商是自己定義軟件平臺的需求，這種方法可實現(xiàn)汽車平臺系統(tǒng)之間的兼容性，目標是讓不同供應商開發(fā)的系統(tǒng)能夠無縫運行和有效配合。為了有效地降低開發(fā)成本，同時提高汽車平臺的靈活性和耐用性，很多汽車制造商都結盟定義工業(yè)標準軟件平臺。

　　硬件抽象層(HAL)是一個定義中的軟件實現(xiàn)方式。HAL的理念是擁有一個無需修改任何硬件平臺就可運行的應用軟件層。意法半導體與汽車工業(yè)的合作伙伴密切合作，開發(fā)出可以在汽車平臺上輕松集成微控制器的固件。

　　汽車網(wǎng)絡--智能汽車的分布式智能

　　汽車通信總線標準的進步是要求硅產(chǎn)品連接汽車系統(tǒng)智能功能的需求日益增長的結果。例如，今天，一個汽車的安全系統(tǒng)將會檢查車窗是否關閉，車燈是否關閉，汽車是否切斷電源，并在人進入汽車前自動接通電源。有了汽車網(wǎng)絡通信總線，這些智能操作才能成為可能。

　　今天，CAN2B標準已經(jīng)成為汽車網(wǎng)絡的通信總線采用的主要標準，CAN協(xié)議通常用于連接動力傳動系統(tǒng)和車身電子系統(tǒng)。廣播信息方法、碰撞檢測及預防方法，以及對特殊需求如時間觸發(fā)協(xié)議的適應性，說明CAN是一個強大的廣泛認可的并得到全面支持的汽車通信標準。

　　對于汽車網(wǎng)絡中的低速、低成本節(jié)點，局部互聯(lián)網(wǎng)LIN正在快速成為新的標準，意法半導體的LINSCI微控制 器外設通過給一個標準的串行通信接口(SCI)增加附加硬件可以提高功能。LINSCI使一個LIN節(jié)點可以節(jié)省微控制器資源，降低功耗。

　　在需要高帶寬通信總線的應用中，如視頻和音頻多路復用，有幾個標準還正處于開發(fā)中，其中包括MOST和Firewire。這些新標準正將汽車網(wǎng)絡的物理層從傳統(tǒng)的電力布線過渡到塑光纖技術(POF)。這種趨勢為汽車網(wǎng)絡帶來了很多好處，如EMC和電磁化系數(shù)降低，而且還能夠實現(xiàn)汽車系統(tǒng)之間的電隔離。

　　無線通信系統(tǒng)，如全球定位系統(tǒng)(GPS)、遠程信息處理信息系統(tǒng)(Telematics)和藍牙技術，給人與汽車的人機互動帶來了巨大的進步。這些技術為汽車增加了移動辦公的功能，使汽車能夠實時連接支持藍牙技術的設備，如電話、個人數(shù)字助理(PDA)和筆記本電腦。

　　機電系統(tǒng)--片上系統(tǒng)技術

　　; 機電系統(tǒng)主要用于分布式智能汽車網(wǎng)絡結構，機電網(wǎng)絡的每個節(jié)點都有一個電子控制器件和一個機械活動結構。典型的應用實例包括機電門鎖、機電后視鏡控制器和機電車窗升降機。

　　意法半導體在片上系統(tǒng)(SOC)技術付出了巨大的努力，為用戶帶來了低成本的機電解決方案，如微控制器、VIPower、網(wǎng)絡組件、閃存和EEPROM存儲器、電壓調(diào)節(jié)器等。這些技術包括CMOS、BiCMOS、BCD、閃存、FPGA、DRAM和MEMS(微機電系統(tǒng))。

　　因為SOC集成越來越多的功能，汽車系統(tǒng)的開發(fā)時間對半導體SOC的開發(fā)時間依賴性越來越大，同樣，汽車系統(tǒng)的成本對SOC成本的依賴性也越來越大。因此，硅技術及工藝取得的巨大進步是SOC實現(xiàn)功能強而成本低廉的最重要因素。意法半導體新開發(fā)的90nm技術正在引導著SOC的發(fā)展潮流。采用90nm技術的CMOS090工藝采用內(nèi)置模塊化設計，可以快速開發(fā)性能優(yōu)異而功耗低的SOC器件。

　　環(huán)境保護

　　在環(huán)境治理上取得進展引起公眾廣泛關注的行業(yè)并不多，但是，汽車行業(yè)就是其中的一個實例。我們注意到汽車行業(yè)引入了污染治理措施，如催化轉換器、無鉛汽油、發(fā)動機容積及性能限制。不過，無論現(xiàn)代汽車在環(huán)境義務上取得多大進展，汽車行業(yè)還需做出更大的進步。意法半導體的環(huán)境政策為開發(fā)這些工藝提供了保證，同時，還證明這些政策在經(jīng)濟學上也是合理的。這些工藝的直接結果是，其在深圳的鍍錫工廠消耗的化工原料降低了13%，成本降低了42%。這是通過調(diào)整設備使用濃度更低的化工原料實現(xiàn)的。

　　意法半導體努力做到在產(chǎn)品中最低限度地使用危險物質，這種做法的直接結果我們開發(fā)出了一種叫做ECOPackage的無鉛硅封裝工藝。

　　為汽車工業(yè)帶來的好處

　　半導體供應商擁有硅技術及工藝的專門技術，寬產(chǎn)品線的半導體供應商擁有多項不同的硅技術及工藝的專門技術，是制造智能化程度更高而成本更低廉的系統(tǒng)的關鍵因素。

　　當一個半導體企業(yè)集中力量于汽車工業(yè)時，這些好處會從汽車制造商通過一級零部件供應商最后轉移到消費者。圓桌論壇集中了汽車制造商、一級零部件供應商和意法半導體的專門技術，能夠產(chǎn)生最佳的可行的汽車網(wǎng)絡及系統(tǒng)解決方案。

　　今天，汽車工業(yè)已經(jīng)在收獲通過艱辛的努力獲得的回報，在路上行駛的汽車中，我們看到越來越多的車子裝備了“智能”系統(tǒng)，而這些并非是高檔豪華車，越來越多的經(jīng)濟型生活用車也在裝配這些系統(tǒng)。新車的成本組成與半導體產(chǎn)品的成本的關系更加密切，硅技術的進步正在降低新車的成本。汽車的智能化程度越來越高，而成本則越來越低，我們無法想象未來的汽車是什么樣，但是，我們所有的人都在期待能讓未來的交通工具變得更舒適的技術進步。