电子技术在汽车市场的应用
以性价比要求极其严格为特征的汽车市场向电子工业提出了一个特殊的挑战。大规模制造和激烈竞争使汽车制造业十分重视价格,同时汽车环境还是一个特别恶劣的环境,根据距离发动机的远近,工作环境温度可能会低达斯堪的纳维亚冬季的-40℃,高达沙漠地区的+55℃;瞬间高能量和电瓶极性反接是司空见惯的事情,剧烈振动可能会破坏电子元器件的焊点。由于路边修车通常不切合实际,所以汽车电子产品故障造成即便很小的电子故障都会给车主带来极大的不便。
实际上,汽车市场对电子产品的需求是:产品质量和可靠性达到军用级别;价格商业化;产品种类齐全,包括分立器件、存储器、微控制器。智能功率IC,以及复杂程度日益增加的系统级芯片。
因此,在汽车市场上取得成功需要三个要求:
(1)首屈一指的先进技术及种类齐全系列产品,涉及混合信号电路、智能功率器件、非易失性存储器及高性能的处理器等;
(2)坚持不懈地执着追求对质量的承诺。
(3)通过与领导级客户厂商合作,全面了解汽车市场。
意法半导体公司(ST)在以上的每个方面都具有雄厚的实力;从汽车制造商如戴姆勒克莱斯勒和福特等公司获得的质量奖项不胜枚举,这充分反映了ST对质量的不懈追求和努力,在为汽车市场提供专用IC方面取得的骄人成绩证明了一切。
ST在汽车应用市场的高速增长归功于公司利用电子技术提高汽车的性能、安全性、可靠性、环保以及驾驶员/乘客的舒适性和便利性的能力。在现有的电子应用如发动机控制、安全气囊、无钥匙遥控门禁和汽车收音机的基础之上ST又增加了很多新兴应用,如承载式底盘、汽车多媒体和远程信息处理系统。
在半导体产品方面,汽车应用的强劲增长意味着各种半导体组件的使用量增长,从分立器件到内置微控制器、DSP、非易失性存储器和射频电路的系统芯片也都得到大幅度增长。特别值得一提的是,机电解决方案在一个设备总成(如外部后视镜)内集成机电功能如电动机和除霜加热器及其电子控制功能。这种方案提高了总成的可靠性和诊断及更换配件的经济性。
汽车多媒体是一个新兴的应用领域,ST在这个应用领域居领先水平。汽车多媒体是一个专业术语,它是汽车内部的多媒体、电信和信息系统的统称,其中包括通信功能(如数字手机)和娱乐系统(如数字无线电广播和后座椅DVD影碟机)。而且,汽车多媒体还支持未来的综合服务,届时这些功能需要相互配合工作,例如:导航单元配合GSM手机和交通信息广播可以引导驾驶员抵达目的地、提前订购停车位或者进行交通事故紧急救援呼叫。
汽车应用技术
由于电子技术在汽车市场的应用非常广泛,因此,根本不存在特殊的汽车电子技术,半导体制造商必须能够提供种类齐全的数字、模拟/混合信号、功率和存储器技术,必须能够大批量地制造极具成本竞争力的优质产品(典型缺陷率低于百万分之一)。在宽广的技术范围内,某些技术组合在汽车市场具有特别重要的意义。
智能功率是一个专业术语,是各种纵向和横向技术的统称,这两项技术在汽车市场上都具有重要的作用,ST的纵向智能功率VIPower制造技术是纵向技术的杰出代表,是当今市场上电压和电流处理能力最高的技术,而BCD横向技术在体系结构上具有最大的灵活性,为实现复杂数字控制电路提供了最大的范围。
BCDㄋ?互补MOS-双扩散MOS)技术用于制造多个不同的汽车电路,例如:L9950集成了“车门区” 功能所需的全部控制功能和功率电路,其中包括后视镜运动电机、后视镜除霜加热器和车门闭锁插销。建于上一代产品如L9946的成功基础之上,L9950是BCD技术发展趋势的例证。由于BCD技术的持续进步,L9950才得以在单片上集成越来越多的功能如电压调整、通信接口和多个负载驱动器;L9950可以安装在机械单元内,通过一个串口可以控制多个功能。
VIPower M0技术特别适用于上下桥臂驱动器,因为通态电阻RDS(ON)极低,并有实时监测负载电路的电流检测反馈功能,M0技术被用于强电流H桥电机驱动器等汽车产品。ST最近推出的VIPower “智能IGBT”电子点火组件整合了IGBT的优异性能和嵌入式诊断及保护功能,而且已被多个采用ECU点火方法或在火花塞上集成高压线圈的汽车制造商所采用。
智能功率器件受汽车市场青睐的原因是因为这项技术能够以比较低的成本实现分布式智能。因为智能功率技术允许在同一个芯片内集成本地智能(嵌入固件和通信接口的典型8位或16位微控制器)来执行功率功能,所以这种方法可以大幅度减少汽车布线数量,从而降低制造成本,简化诊断过程,因此越来越多的汽车厂商接受了这个概念。
闪存微控制器是指在片上集成代码及数据闪存的微控制器,因为闪存的在线编程功能特别适合代码和数据需要更新的控制应用,所以闪存微控制器对汽车市场具有特别重要的意义。变速器控制就是闪存微控制器的一个典型的应用,在各个应用领域,ST推出了大量的系统级芯片,它们集成了功能强大的微控制器、大容量嵌入式闪存及附加逻辑功能。ST是世界上第一个推出汽车级闪存微控制器的半导体厂商,耐用、安全和性能是这些芯片的设计特色。这个系列的最新产品集成两个32位ARM核心,将传动系统应用的性能提高了一个崭新的水平。
ST还为汽车市场提供一系列汽车专用闪存和EEPROM存储器,例如:公司为所有汽车应用提供采用汽车专用的高可靠性认证流程制造的各种串行EEPROM存储器,这些产品中有用于变速器、ABS和发动机控制功能的150℃裸片;ST还提供汽车专用的独立式闪存产品,其中包括为配合汽车市场中应用最广泛的微控制器设计的32位闪存和用于汽车收音机、多媒体和传动系统的基于低速串行SPI总线的代码及数据闪存。此外,通过在一个封装内组装闪存、SRAM和微控制器,ST进一步降低了汽车制造商的成本。
数字信号处理器(DSP)正在汽车市场发挥着日益重要的作用,特别是嵌入式DSP,ST早在10多年前就着手开拓这一技术概念,目前嵌入式DSP已经广泛用于大规模应用,如PC声卡、MP3播放器、语音处理电路和汽车数字立体声。ST的知识产权模块包括各种16位、24位和32位DSP核心,其中某些核心是专门为特殊应用如音频处理优化设计的。
分立器件如功率晶体管和保护单元在汽车市场占有重要地位,通过技术创新可以大幅度提高相对简单的功能如瞬间能量保护。例如:ST的RBO08-40和RBO40-40专用分立器件(ASDTM)是一个三端保护产品,内置一个用于保护电池极性反接的串联二极管、一个用于限制负极过压的双向Transil二极管和一个功率Transil二极管。当电瓶连线断开而发电机还在发电时,电路上会出现瞬间高电能,我们称这种现象为甩负载,功率Transil二极管起到防护甩负载的作用。随着低压系统级芯片在汽车上的应用越来越广泛,瞬间高压保护变得日益重要。
ST独有的低压“STripFET”制造工艺将功率场效应MOS晶体管的通态电阻降到极低水平,使之成为配合将来的42V电瓶标准的强电流应用的理想选择。通过在同一裸片上集成其它基本功能如齐纳二极管保护和/或热敏功能,ST为汽车应用带来了更多好处和更广阔的自由设计空间。
同样地,通过在隔离栅双极晶体管(IGBT)上应用PowerMesh制造工艺,ST研制出了工作电压高达600V的功耗极低的IGBT,这些IGBT特别适合汽车电子点火和高压气体放电前照灯应用。最近ST又推出了驱动氙气放电灯的MDmesh高压场效应MOS晶体管。
系统级芯片(SoC)是很多新兴汽车应用的关键技术,其重要性是因为它不只是实现多个高性价比的宏伟目标的唯一方式,而且还最大限度地压缩了焊点数量,从而降低了汽车振动对焊点的破坏风险,但是,系统级芯片不只需要大量的IP组合和先进的制造工艺,把IP模块组装到功能优异的系统级芯片内还需要丰富的专业技术经验。此外,只有充分了解系统及其创建方式,才能成功地解决最佳化系统分割问题,通常情况下,只有通过与在某个领域居领先水平的战略合作伙伴密切合作才能获得这种高水平的系统知识。
结论
虽然汽车市场的条件和要求极为苛刻,但是对于哪些能够取得并维持市场领导地位的公司,汽车市场还是一个回报丰厚的市场,据独立的市场调查公司iSupply的统计显示,ST是2003年汽车市场上的第三大半导体供应商,ST在这个竞争激烈的市场取得的成功归功于其先进的技术、对质量的专注和首屈一指的汽车市场知识。博世和菲亚特/马莱利均是ST的战略合作伙伴,其它长期的合作伙伴包括来自美国和日本的大型汽车厂商。通过这种合作关系,ST正在与客户携手打造最可靠、最安全、最清洁、最好玩的汽车。