現代汽車中的半導體技術和產品正在迅猛增加,消費者對附加功能的需求正將汽車從一個以電氣係統為輔的機械係統,變成一個沒有電子係統就無法正常運行的機電係統。這一發展趨勢刺激了市場對優質、強大並具有成本效益的矽解決方案的需求。

　　過去,汽車工業更重視電氣係統,而不重視電子係統。例如,照明係統過去經常使用繼電器、熔斷器和電源開關作為主模塊設計。今天,ST的“智能”矽解決方案正將汽車工業引入一個嶄新的激動人心的汽車設計時代。這場革新不僅發生在傳統的電氣係統,而且還涉及到機械係統。現在幾乎沒有汽車製造商還在使用純粹的機械/電氣發動機控製係統,幾乎所有的現代設計都是利用微處理器的強大功能使發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。

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

　　合作模式

　　隨著汽車控製係統的複雜性日益提高,以及對乘座舒適性需求的提高,汽車製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品功能,同時降低成本。

　　為了實現這些目的,汽車製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,汽車製造商及其一級零部件供應商也為係統提供了專門的技術。因此,一個優良的交流模式對於汽車半導體產品開發是非常重要的。

　　傳統上,汽車工業的半導體產品開發是基於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製造商交流。因為一級零部件供應商在整車的某些特殊的係統開發上擁有專門的技術,所以,這種交流模式對於閉路係統十分有效。不過,對於依靠汽車的其他係統幫助來執行目標功能的係統（開路係統）,汽車製造商的加入是十分重要的。這種方法是針對汽車工業標準係統而產生的。由汽車製造商、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,汽車工業正在享受這一結果帶來的好處。

　　矽技術進步

　　縱向智能功率技術（VIPower）--用智能矽器件取代繼電器

　　自晶體管問世以來,矽開關技術經曆了全麵的發展,不過,矽技術局限性意味著在高可靠和惡劣環境中（如汽車）,晶體管的應用將會受到限製。在矽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。

　　現在,新的矽技術正在改變傳統的觀念。先進的矽技術,如意法半導體開發的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部的智能技術含量。這種技術允許開發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製器,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。

　　意法半導體開發出了很多在單一半導體器件內集成係統功能的矽技術,這種技術允許控製電路與場效應MOS驅動器安裝在一起,在與VIPower器件配合使用時,可以形成一個係統解決方案。

　　VIPower 矽結構允許設計一個低Rdson（通態電阻）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矽技術與工藝融為一體,包括采用VIPower技術的智能控製器單片。矽技術和工藝整合後為汽車工業創造的獨特產品,會以更低的成本實現更高的功能和更佳的係統設計。

　　當設計驅動外部負載的汽車係統時,最重要的是了解使用矽器件的優點和局限性。在為係統確定正確的半導體分布的內部設計方麵,意法半導體擁有專門的技術和豐富的經驗。為融合一級零部件供應商的專門係統技術和汽車製造商開發的每一台汽車平台的專門技術,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。

微控製器――更強的處理能力,更小的功耗

　　汽車係統的理想的微控製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：使用微控製器的係統還有更多的任務要做;越來越多的新係統被增加到汽車製造商的汽車平台上。

　　對於微控製器,性能提高意味著工作頻率提高,這就產生了電磁傳導係數（EMC）和電磁化係數（EMS）問題。為了滿足汽車EMC和EMS嚴格的需求,半導體設計商在優化微控製器的電路和布局上花費了巨大的人力和物力,開發出了能夠滿足並超出汽車環境要求的微控製器產品。

　　硬件平台

　　微控製器核心隻是微控製器的一部分,微控製器的外設組合、封裝尺寸和引腳也很重要。例如,控製車身電子係統的微控製器可能需要一對精確的模數轉換器（ADC）、16位定時器

、自動裝載脈寬調製（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製輸出（常用於儀表線束）。

　　通過與一級零部件供應商和汽車製造商密切合作,意法半導體已經有能力運用獨有的矽技術及工藝,開發高集成度的可以用於汽車平台多個係統的微控製器家族。

　　軟件平台

　　大多數汽車製造商是自己定義軟件平台的需求,這種方法可實現汽車平台係統之間的兼容性,目標是讓不同供應商開發的係統能夠無縫運行和有效配合。為了有效地降低開發成本,同時提高汽車平台的靈活性和耐用性,很多汽車製造商都結盟定義工業標準軟件平台。

　　硬件抽象層（HAL）是一個定義中的軟件實現方式。HAL的理念是擁有一個無需修改任何硬件平台就可運行的應用軟件層。意法半導體與汽車工業的合作夥伴密切合作,開發出可以在汽車平台上輕鬆集成微控製器的固件。

   汽車網絡--智能汽車的分布式智能

　　汽車通信總線標準的進步是要求矽產品連接汽車係統智能功能的需求日益增長的結果。例如,今天,一個汽車的安全係統將會檢查車窗是否關閉,車燈是否關閉,汽車是否切斷電源,並在人進入汽車前自動接通電源。有了汽車網絡通信總線,這些智能操作才能成為可能。

　　今天,CAN2B標準已經成為汽車網絡的通信總線采用的主要標準,CAN協議通常用於連接動力傳動係統和車身電子係統。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協議的適應性,說明CAN是一個強大的廣泛認可的並得到全麵支持的汽車通信標準。

　　對於汽車網絡中的低速、低成本節點,局部互聯網LIN正在快速成為新的標準,意法半導體的LINSCI微控製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節點可以節省微控製器資源,降低功耗。

　　在需要高帶寬通信總線的應用中,如視頻和音頻多路複用,有幾個標準還正處於開發中,其中包括MOST和Firewire。這些新標準正將汽車網絡的物理層從傳統的電力布線過渡到塑光纖技術（POF）。這種趨勢為汽車網絡帶來了很多好處,如EMC和電磁化係數降低,而且還能夠實現汽車係統之間的電隔離。

　　無線通信係統,如全球定位係統（GPS）
、遠程信息處理信息係統（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
、個人數字助理（PDA）和筆記本電腦。

機電係統--片上係統技術

　　機電係統主要用於分布式智能汽車網絡結構,機電網絡的每個節點都有一個電子控製器件和一個機械活動結構。典型的應用實例包括機電門鎖
、機電後視鏡控製器和機電車窗升降機。

　　意法半導體在片上係統（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,如微控製器、VIPower、網絡組件
、閃存和EEPROM存儲器、電壓調節器等。這些技術包括CMOS
、BiCMOS、BCD、閃存、FPGA、DRAM和MEMS（微機電係統）。

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

　　環境保護

　　在環境治理上取得進展引起公眾廣泛關注的行業並不多,但是,汽車行業就是其中的一個實例。我們注意到汽車行業引入了汙染治理措施,如催化轉換器
、無鉛汽油、發動機容積及性能限製。不過,無論現代汽車在環境義務上取得多大進展,汽車行業還需做出更大的進步。意法半導體的環境政策為開發這些工藝提供了保證,同時,還證明這些政策在經濟學上也是合理的。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%。這是通過調整設備使用濃度更低的化工原料實現的。

　　意法半導體努力做到在產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出了一種叫做ECOPackage的無鉛矽封裝工藝。

　　為汽車工業帶來的好處

　　半導體供應商擁有矽技術及工藝的專門技術,寬產品線的半導體供應商擁有多項不同的矽技術及工藝的專門技術,是製造智能化程度更高而成本更低廉的係統的關鍵因素。

　　當一個半導體企業集中力量於汽車工業時,這些好處會從汽車製造商通過一級零部件供應商最後轉移到消費者。圓桌論壇集中了汽車製造商、一級零部件供應商和意法半導體的專門技術,能夠產生最佳的可行的汽車網絡及係統解決方案。

　　今天,汽車工業已經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”係統,而這些並非是高檔豪華車,越來越多的經濟型生活用車也在裝配這些係統。新車的成本組成與半導體產品的成本的關係更加密切,矽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麼樣,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。