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听安森美谈谈汽车智能电源和智能感知方案有何发展趋势

2022-01-13 赵明灿 阅读:
安森美(onsemi)在汽车应用领域有着很强的优势。该公司自2021年8月份更名并启用新logo后,集中精力发展智能电源和智能感知技术,用来支持汽车和工业增长的大趋势。日前,该公司召开汽车方案媒体交流会,带我们了解汽车电子IC在这两个方面的技术发展趋势。

安森美(onsemi)在汽车应用领域有着很强的优势。该公司自2021年8月份更名并启用新logo后,集中精力发展智能电源和智能感知技术,用来支持汽车和工业增长的大趋势。日前,该公司召开汽车方案媒体交流会,带我们了解汽车电子IC在这两个方面的技术发展趋势。M9zednc

据安森美中国区应用工程总监吴志民介绍,在工业领域,安森美主要专注新能源、充电站还有机器视觉。在汽车领域,安森美很多产品和技术都是业界领先的。在智能感知方面,安森美是也是新兴的领导者,有图像传感器、超声波传感器专用芯片,还有激光雷达方面的新产品。在汽车智能电源方面,安森美有用于电动/混动(EV/HEV)的碳化硅(SiC)和IGBT功率模块产品,还有用于汽车CPU、LED照明和车身电子的电源管理等等。M9zednc

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安森美中国区应用工程总监吴志民M9zednc

工业和汽车是增长比较快的应用,这也是该公司深耕智能电源和智能感知技术的原因。M9zednc

目前,电动车的占比越来越多。据第三方预测,到2028年,卖出的每100辆汽车中就将有超过一半都是电动车,包括插电式、纯电动等。M9zednc

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在汽车应用方面,安森美一直保持领先地位,目前在营收上汽车的占比差不多是33%。估计在汽车领域半导体的份额会越来越高,这个占比应该会持续增加。M9zednc

安森美的半导体产品应用到汽车领域的很多不同方面,比如说车载充电器、电池管理、DC-DC、主驱、48V皮带传动起动机,还有自动驾驶,车门、座椅控制等。M9zednc

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在电动车和先进安全两个方面,会看到半导体的更多应用。第一是电动车的主驱,很多是用IGBT模块,安森美现在也在碳化硅方面加大投资,因为碳化硅技术可以提供更可靠更高效的主驱。安森美主驱的模块很容易去扩展,因为车厂里很多时候都会有不同功率段的电动车,比如说150kW、300kW。如果用安森美的主驱,就很容易做扩充。主驱有直接和间接冷却封装技术,还有相关应用驱动的芯片。M9zednc

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在安全性方面,安森美的传感器可应用在智能驾驶或者先进驾驶辅助系统(ADAS)上,电源相关的产品有符合最高等级的不同产品的配合。智能感知和智能电源可以做到最高等级的汽车安全完整性等级D级(ASIL D)的安全性能。图像传感器方面,现在已经有一些汽车用到安森美比较高分辨率的传感器,可以达到人眼的100倍,安森美在这方面的市场份额一直都很高,超过50%,超过所有竞争对手加起来的总和。M9zednc

在很热门的碳化硅应用方面,安森美是提供从衬底、外延到晶圆的制造设计等一条龙的供应商。还可以提供裸片、元件和模块等工业器件,在系统方面安森美也有很强的技术和系统知识,为客户提供全球的应用支持。M9zednc

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为了增强碳化硅的供应能力,安森美完成了对碳化硅晶锭公司GTAT的收购。GTAT有很强的晶体生长技术,跟安森美合作已有很长时间,从2020年3月份就已经开始向安森美供应碳化硅晶锭。M9zednc

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碳化硅技术,无论是碳化硅的MOSFET还是二极管,都已发展到第二代,第二代对比上一代减少了功率损耗。安森美有纯碳化硅的产品,也有一些主要应用在工业方面的IGBT和碳化硅的混合模块,这些模块都易于安装,有行业标准的封装和引脚。M9zednc

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汽车的主驱模块,无论是IGBT还是碳化硅,安森美都有直接冷却的凝胶模块。“这种模块发展比较早,业界很多都使用这种模块。安森美也推出性价比更好的间接冷却的塑封模块,这个是半桥的,合在一起就可以做整个器械的驱动。”吴志民介绍说。M9zednc

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安森美的发展重点也会放在塑封压铸模块上,也可以做直接水冷。压铸模块跟凝胶模块的差异,模块功率密度可以更高,杂散电感可以更低,尤其是碳化硅可以接受的工作温度更高,到200℃甚至以上。碳化硅的工作温度可以是很高的。M9zednc

“同样的系统价钱,用压铸模块应该可以做到更大潜力和差异化,我们现在跟很多车厂在讨论为他们做一些特别制造的主驱模块。”吴志民表示。M9zednc

冷却塑封模块的特性,除了比较低的杂散电感和高功率密度之外,在扩展性方面也相对比较好。安森美可以用三个半桥的模块做成150kW的功率,也可以把它们两个合在一起做成300kW,基本上占用的空间没有太大差异。跟凝胶模块相比,压铸模块的生命周期是比较长的。M9zednc

在安森美双面冷却的模块里,IGBT是一个智能芯片,主要内置了两个传感器。一个是温度传感器,相比市场上很多用NTC检测温度,可以做到更精准的温度检测。电流检测也内置在里面,这样总体反应时间会比较快,能更好地去保护系统。M9zednc

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谈到主驱模块上封装技术的发展,现在安森美是一种双面间接水冷的主驱模块。之后会推出直接水冷的模块,2023年会推出双面直接水冷,到2024年会更优化水冷的效果。“总体来说,我们把热阻做得越来越低,这个是我们确定的方向和计划,但封装上面我们可根据市场还有客户的反馈做一些微调。”吴志民说。M9zednc

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安森美在开发的这些模块,易于生产、散热能力更好。相对比较好的系统集成,还有杂散电感要做得低,成本跟功率的系数是比较好的。“我们基于这几点做一个最优的平台。”M9zednc

除了主驱模块以外,车规的器件非常多,有很多不同的分立器件,还有一些功率比较小的汽车功率模块,主要是应用在车载充电(OBC)、DC-DC,或者是电动助力转向系统(EPS)上。M9zednc

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与电动车相关的工业应用就是充电站,充电站上面有PFC、或者其他的AC-DC、DC-DC相关的芯片和方案。安森美在充电站方面的经验非常丰富,有一个专家团队,很早就在开发这个应用,还可以为客户提供热和电仿真的模型,很多会用到碳化硅的技术,再加上其他的模拟IC、辅助电源、感知保护会做出很好的设计。M9zednc

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安森美在智能感知方面的产品,首先要提到的就是图像传感器。“我们通过收购不同的公司,现在集起来有超过2300个专利,在微透镜和CFA方面,我们有自己的工厂,我们以后也会越来越多使用自己的芯片,”吴志民表示。M9zednc

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在封装方面,有iBGA、CSP等,可满足客户的不同需求,也有IVEC的产品,把传感器和镜头合在一起做成非常小的产品,M9zednc

除了图像传感器之外,安森美在光学、图像信号处理(ISP)上面也有很丰富的经验,可以为客户提供很多系统上面的帮助。M9zednc

在图像传感器方面,客户通常会特别关注这几个方面。高动态范围(HDR),安森美所用的技术是超级曝光,配合均匀的像素架构,独有的超级曝光技术,提供优秀的HDR性能,也可以抑制LED的闪烁。“我们用同一像素平台衍生的多分辨率系列产品减少了算法训练成本。”吴志民说。M9zednc

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安森美提供车规的图像成像传感器,有超过15年的汽车成像经验。“在市场上的应该有超过4亿颗汽车传感器在路上跑,在这方面的可靠性是非常高的。我们也是首家提供车规汽车图像传感器。我们还有自有的颜色滤光片和微透镜制造工厂。”吴志民介绍说。M9zednc

“针对图像传感器在汽车上面的不同应用场景,我们会发现摄像头在汽车里面的应用越来越多,无论是放在前端,或者是场景的感知,或者是环视等等,还有一些组合的应用,比如带DVR或AR,或者是盲区的AD摄像头+环视。除了摄像头越来越多以外,像素会越来越高,从以前100万、200万的像素增加到800万的像素。另外也有在座舱里的需求应用。驾驶者或乘客在座舱内基本上是不会开灯的,因为会影响驾驶者集中精神驾驶,所以也有机会用到安森美RGB-IR图像传感器,也就是做到近红外感应度比较好的图像传感器,或者IVEC产品,实现小巧的摄像头外形尺寸。”吴志民说。M9zednc

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安森美图像传感器的特性,有助于缩短人工智能的培训时间,以及上市周期。安森美也有通用的29×29尺寸高分辨率参考设计摄像头,可帮助缩短产品设计时间。M9zednc

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还有IVEC可以把图像镜头放在一起,不用做太多调试,生产环境也没有很高的要求,客户采购比较方便,为客户节省时间。M9zednc

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另外,大家比较关心的就是网络安全。因为越来越多的摄像头会跟5G或云端连接在一起,所以有人担心会不会有黑客把图像给改变了,而让驾驶变得非常危险。“当你自动驾驶的时候,会不会成为恐怖分子针对的一个对象?安森美是网络安全标准ISO 21434的工作组成员,很早就关心这一个课题,且提供首个用于图像传感器的网络安全方案,能够实现传感器身份验证、篡改检测以及视频数据加密。”吴志民谈到。M9zednc

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激光雷达(LiDAR)也是智能感知的一个领域。越来越多自动驾驶或ADAS的车要加上更好的激光雷达。现在的激光雷达很多是适用雪崩光电二极管(APD)的元件,安森美所提供的则是硅光电倍增管(SIPM)效果更好的元件。对比APD,SIPM有更好的一致性,单拍的话,可以检测到150m的范围;多拍的话可以到300m的范围。安森美SIPM的产品,检测的是900 nm镜头外的范围,SIPM的性价比是最好的。M9zednc

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尤其是它的光子探测效率(PDE)表现,单光子探测能力使系统可以监测到300m以内距离或能见度低的物体,例如在烟或雾环境中,有比较好的表现。这个探测器技术可以用在单像素、线阵或面阵传感器。SIPM是光学相关的产品,安森美利用成熟的图像传感器微透镜制造技术优化光学性能。M9zednc

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另外一个智能感知产品就是超声波的专用芯片。动态增益和回声检测能够区分静止的物体、人和宠物。每一颗传感器多少都有一些差异,在安森美的专用芯片里,可以增强它不同的特性,经过一段时间应用,发掘它的特性,提高这个方案的安全性。M9zednc

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“我们芯片支持很多不同的调制技术,例如振幅调制、二进制相移健控(BPSK)、频率啁啾声,我们再发展下一代产品可以加上更好的诊断方法。”吴志民说。M9zednc

关于自动驾驶和ADAS,从L1、L2一直到L5,很多客户的应用会往更先进的方向走,也代表它所需要的处理器的功能越来越强,电流也会随着增大。安森美在这方面有很多不同的电源方案,包括提供大电流的电源。安森美可以根据客户的要求,配合ASIL-B到ASIL-D不同的安全等级水平。M9zednc

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控制方法可以比较好的控制过冲和下冲。一般来说,如果要抑制过冲或者下冲,会释放很多的电源。但是如果用安森美的技术,无论是在PCB还是成本方面,都有好处。M9zednc

除了不同的ASIL种类电源方案之外,安森美在超声波停车辅助IC市场排名第一位,被选用于Minerva平台。另外在X By Wire线传控制上的应用领域也表现出色。“现在很多的汽车都从传统的机械控制变成电子控制,会用到很多线传控制。我们已交付了10亿个用于X By Wire(线传控制)应用的电感式位置传感器。”吴志民说。M9zednc

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“驱动和先进安全方面为我们带来很多的好处。如果是以前的内燃机车,和没有ADAS的或者是很起初的那种L1,加起来只有50块美金的机会;有一些微型混动,加上48V的系统,如果ADAS变成L2或者是L2+的话,机会就会大一点,大概280美金;如果说xEV的,自动驾驶变成L4、L5的话,机会就大很多了,达到1600美金。这为我们带来很大的增长的动力和商机。”吴志民表示,“2022年,越来越多电动车及越来越多的汽车将配备L2+的自动驾驶,现在的机会大概在715美金左右,以后会更高。”M9zednc

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总结M9zednc

安森美以智能技术构建更更好未来。在工业方面,集中智能电源技术实现最高能效太阳能逆变器、工业电源和储能系统,为这些应用带来持续的发展。在智能感知方面,则主要是推动工业4.0,使工厂、楼宇和家居变得更智能化。安森美的汽车智能电源产品,尤其是碳化硅,可为电动车带来更轻、续航能力更远的优势,而在智能感知技术方面,则有很多不同的智能感知技术,提升汽车的安全性和出行体验。M9zednc

责编:Franklin
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赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
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