什么是車用/車規(guī)芯片？汽車電子芯片的革命

隨著消費者對汽車的功能需求與定位不同，未來汽車的電子/電機系統(tǒng)也日趨復雜。傳統(tǒng)汽車的電機系統(tǒng)泛指與汽車驅(qū)動相關的電子電機設備，如：電機、發(fā)電機、電池。而現(xiàn)今的汽車電子則泛指應用在汽車上的各種電子/電機系統(tǒng)，整輛汽車則依賴這些電子/電機系統(tǒng)的正常操作。各類電子/電機系統(tǒng)在汽車內(nèi)的設計主要采取分布式的設計，亦即各系統(tǒng)盡可能獨立運作，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控制單元，此控制系統(tǒng)包含遙控鎖定/解鎖汽車發(fā)動機、汽車天窗、車燈等開關。

2.底盤控制

底盤控制主要負責底盤相關的所有調(diào)整，例如從偵測道路顛簸程度，調(diào)整避震器的阻尼，都屬于這個電子系統(tǒng)的功能

3.動力系統(tǒng)

動力系統(tǒng)由發(fā)電機與傳動系統(tǒng)組合而成，傳動系統(tǒng)的功能是連接產(chǎn)生動力的發(fā)動機以及驅(qū)動輪，其中會利用機械能使驅(qū)動輪的軸轉動。

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、導航、USB 接口、藍牙連線、語音控制、手勢識別到車內(nèi)無線網(wǎng)絡分享皆屬此范疇。

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

1.被動安全系統(tǒng)

被動安全系統(tǒng)（Passive Safety）是針對汽車在準備撞擊或是感測到危及駕駛人或乘客安全時所啟動的動作，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）則提供駕駛人員對汽車的操控輔助， 一般而言，包含了車道輔助、速度輔助、盲點檢測、停車輔助、自動巡航至行人偵測等皆包含在內(nèi)。

3.乘客舒適系統(tǒng)

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

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)在半導體芯片的功能越來越強大，汽車設計開始出現(xiàn)部分系統(tǒng)的整合控制，這種設計概念將原本分布式設計的系統(tǒng)改變成部分中心化的控制。這種設計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)省半導體芯片使用量的好處，進而降低汽車的產(chǎn)生成本。這類系統(tǒng)多半結合了信息娛樂系統(tǒng)、儀表板、駕駛輔助系統(tǒng)等。

但這類系統(tǒng)的設計開發(fā)挑戰(zhàn)則來自于混合系統(tǒng)設計的復雜度，相較于傳統(tǒng)的汽車設計概念，需要更長的開發(fā)時間。舉例來說，若資訊娛樂系統(tǒng)的中控臺觸控屏幕采用Android系統(tǒng)且汽車配有藍牙功能，汽車就會出現(xiàn)潛在的風險，可能是黑客通過藍牙進入Android系統(tǒng)，再經(jīng)由Android系統(tǒng)連通汽車的解鎖系統(tǒng)，進而開啟車門。

另一方面，這類混合系統(tǒng)也帶來更多對于安全的設計要求。舉例來說，若娛樂系統(tǒng)中的中控臺觸控屏幕采用Android系統(tǒng)，當Android宕機時，是否會發(fā)出錯誤的指令，使得行進中的汽車打開車門。因此，隨著電子整合駕駛艙系統(tǒng)設計概念的日漸普及，汽車的設計也開始出現(xiàn)更多的設計與驗證方式與規(guī)范，而非往日僅有器件可靠度和耐用度的驗證。

圖一：電子/電機系統(tǒng)分類

車用芯片種類

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

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/直流的電源轉換及穩(wěn)壓、電源偵測及保護電路。

2.內(nèi)存存儲芯片

用來儲存各項設定，包含F(xiàn)lash與EEPROM。

3.感測芯片

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

4.微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理芯片

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

5.驅(qū)動芯片

驅(qū)動各類系統(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。從芯片設計的角度考慮其使用的場景，大致分為消費級、工業(yè)級或車用級。而車用芯片一定是車用級芯片嗎？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，這個問題答案可能是否定的。但對于原廠汽車車輛上所使用的芯片而言，這個問題的答案則是肯定的。

若按照芯片設計的傳統(tǒng)分類，消費級、工業(yè)級或車用級的差異來自于其不同的使用場景。更精確的說，是來自于操作溫度、操作電壓、儲存溫度、儲存濕度、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，設計的操作溫度范圍可參考圖三。

圖三：廣義車用級芯片操作溫度

總結

隨著汽車電子功能的不斷與時俱增，以文章中提及的條件來做為車規(guī)級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)級芯片所特別需要的車規(guī)認證，同時導致用傳統(tǒng)的芯片設計方法已無法滿足既有車規(guī)級芯片設計的需求。下一篇我們將繼續(xù)介紹，在車規(guī)級芯片的認證規(guī)范日益充滿挑戰(zhàn)的情況之下，奎芯科技團隊目前所掌握的核心技術如何提供優(yōu)秀的解決方案，在專屬認證規(guī)范內(nèi)提升車規(guī)級芯片的質(zhì)量及可靠性。