今天的汽車是車輪上的計算機，多個系統不斷相互通信，以提供智能，使駕駛員和乘客在將駕駛員和乘客從A點帶到B點時保持安全，舒適和娛樂。雖然我們還沒有準備好完全歡迎道路上的全自動駕駛汽車，但我們正在體驗2級和3級自動駕駛技術的好處，這些技術提供了部分到有條件的轉向，加速和制動自動化。反過來，這些技術又推動了對車內半導體內容的需求。本文將探討為什么從性能和安全角度出發，從頭開始設計汽車IC比重新利用最初設計用于其他用途的芯片更好。

介紹

通過觸摸屏幕或通過語音命令，您可以控制現代汽車中的許多電子功能：例如GPS，加熱和冷卻以及娛樂系統。汽車本身擁有自己做更多事情的智能，從自動打開遠光燈到自動停車，檢測盲點，以及先發制人的制動以避免碰撞。使所有這些功能成為可能的是內部的數百個微控制器單元、傳感器和模擬 IC。

根據美國國際貿易委員會（USITC）的數據，雖然傳統汽車含有價值330美元的半導體含量，但平均而言，混合動力電動汽車可以擁有價值高達1，000美元的半導體，并擁有多達3，500個零件。1畢馬威（KPMG）的分析師指出，在電氣化、自主性、連接性和移動即服務等趨勢的推動下，汽車半導體市場有可能從40年的2019億美元增長到200年的2040億美元。混合動力和電動汽車的半導體含量已經是內燃機汽車的兩倍。采用LiDAR傳感器、5G通信和圖像識別系統設計的全自動駕駛汽車預計將包含8倍至10倍于非自動駕駛汽車的半導體含量。2

在本文中，我們將討論汽車對半導體的獨特要求，這些半導體使其許多功能栩栩如生。我們還將重點介紹為什么專為汽車應用設計的IC（而不是從其他用例中重新利用的設備）對于這些車輛的安全性和可靠性運行至關重要。

每一代汽車都變得越來越智能

窺視典型的現代車輛內部，您可能會發現以下IC：

高級駕駛輔助系統 （ADAS） 應用。ADAS應用提供汽車功能，如停車輔助、車道定位和防撞。其中許多系統使用攝像頭、雷達、聲納和 LiDAR 監控，甚至視頻處理算法和多個攝像機來提供警告和警報。

電源管理。DC-DC 轉換器和穩壓器等設備在負載點管理分布在整個車輛中的控制模塊、傳感器和執行器的電源。

電動汽車 （EV） 動力總成。使用大型鋰離子電池組進行儲能的全電動以及混合動力和插電式混合動力汽車的安全可靠運行需要強大的電池管理IC來報告狀態、控制充電和平衡電池。

信息娛樂應用程序。這些應用程序提供導航、與消費者手機的應用程序鏈接、車輛性能消息、有關周圍環境的數據以及音頻和視頻播放。這些功能需要各種模擬IC，包括：電源管理IC、USB保護、顯示電源IC、低噪聲放大器、RF調諧器和接收器、高速串行鏈路和傳感器。

LED照明應用。LED驅動器和控制器為這些車輛外部和內部應用提供可靠的電源。

車身電子。這些設計包括提供控制功能、實現診斷和安全功能以及管理電源的系統。電源開關和監控電路、傳感器、傳感器接口和通信IC都是這些應用不可或缺的一部分。

連接性。物聯網已經進入汽車應用，車對車（V2V）通信和車對一切（V2X）等功能可以使我們的駕駛員更安全，交通流量更有效率。

安全性。在車內安裝原裝零件可以保證安全，保護從車輛到云的數據通信也是如此。安全認證器有助于確保汽車組件的真實性、安全性和可靠性。

汽車環境對這些半導體提出了一些獨特的要求。汽車的使用壽命很長——平均在路上行駛 11.6 年——并在極端溫度范圍內（-40°F 至 300°F）運行。因此，與消費類應用的汽車半導體不同，汽車半導體必須在這些條件下保持高質量及其功能。事實上，考慮到安全因素，汽車原始設備制造商預計他們的半導體在 15 年內的故障率為十億分之零，更換零件的供應長達 30 年。3

事實上，某些汽車應用（如ADAS和顯示器）的本質已經成為車輛安全不可或缺的一部分，因此這些系統現在必須滿足汽車功能安全要求。ISO 26262為汽車電子/電氣系統的功能安全提供了國際標準。ISO 26262的一個重要組成部分是汽車安全完整性等級（ASIL），它對汽車系統中的固有安全風險進行分類。有四個ASIL級別，每個級別由以下因素決定：嚴重程度（傷害），暴露（概率）和可控性。ADAS應用通常必須滿足ASIL D（最高級別），而顯示器應符合ASIL B。

盡管有所有這些要求和要求，一些半導體供應商只是簡單地重新配置了他們的IC，這些IC最初是為其他目的設計的，用于汽車應用。由此產生的IC可能會在性能和質量方面做出權衡。考慮到汽車IC提供的基本功能，這不是一個值得冒險的風險。

幫助您設計更安全、更智能的汽車的歷史

ADI公司在從頭開始設計汽車IC以用于車輛設計方面有著悠久的歷史。早期，我們有利用為另一個終端應用設計的模塊來創建汽車IC的經驗，但很快意識到這種方法并不是最佳的。例如，讓我們考慮一下，如果供應商想要將最初為消費類應用設計的芯片重新定位為汽車應用，會發生什么情況。它的功能要求很穩定，因此芯片設計人員繼續調整各種參數。但接下來是溫度規格。用于消費類設備的芯片需要符合0°C至70°C的范圍，而汽車IC必須能夠在更高的溫度（高達300°F）下可靠運行。顯然，該芯片無法成功表征具有嚴格六西格瑪EC表限制的汽車環境。ADI公司很早就認識到，最好專注于了解客戶在系統層面面臨的特定問題，然后設計汽車解決方案來應對這些特定挑戰。

我們的工藝流程旨在推動產品實現零缺陷。我們提供數百種符合 AEC-Q100 的產品。（“汽車電子委員會基于失效機制的集成電路壓力測試資格認證”。我們還滿足國際標準化組織 （ISO） 為汽車產品的設計、開發和生產定義的質量管理體系要求。

我們對汽車芯片設計流程應用了一定程度的嚴謹性，該流程是獨一無二的，并且面向性能和質量。例如，我們擁有自己特定的數字汽車庫、獨特的汽車設計規則、獨特的金屬布線和焊盤設計方法，以及采用冗余設計的金屬互連。我們設計的汽車 IC 可在存在輻射和電噪聲的情況下提供魯棒性。我們在所需的性能與目標應用的獨特規格之間取得平衡，無論它涉及效率、排放、抗擾度還是其他因素。由于我們從一開始就專注于輻射環境中的魯棒性，因此將我們的汽車IC從最初為任何其他目的創建的芯片中重新定位是不切實際的。ADI公司即使采用源自其他應用領域的技術也遵循這種方法。例如，盡管USB充電、顯示器、語音和手勢控制以及GPS等功能起源于其他類型的設計，但ADI公司仍然為汽車應用從頭開始設計這些功能的芯片。

總結

鑒于對汽車的獨特要求及其惡劣的工作環境，汽車IC必須從頭開始設計，以滿足汽車應用的嚴格和獨特要求。雖然重新利用最初為另一個終端市場設計的芯片可能會加快上市時間，但它會帶來權衡，最終會阻礙車輛的性能和安全性。對于ADI公司來說，當我們致力于幫助您設計更安全、更智能的汽車時，這不是值得做出的權衡。

審核編輯：郭婷