2023 TI智能汽车技术研讨会 以完备产品组合推动汽车电气化向前迈进
- 李佳玲／台北
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随着汽车朝电气化及智能化的步伐不断前进，透过结合各种最新科技，已为汽车应用带来了全新变革。然而，要满足智能汽车对于成本、效能与可靠度的要求，已使车用电子设计变得更复杂、更严苛，更有赖于半导体的技术创新才能实现。
已建构完备车用半导体产品组合的TI，在日前举办的年度智能汽车技术研讨会上，针对ADAS、车用影音系统、电动车充电站、以及照明等多项议题介绍其解决方案，助力台湾业者掌握最新的车用电子设计技术。此外，还特地邀请MIH 电动车开放平台、欧特明电子、以及友达光电等重要夥伴共同分享其创新成果。
汽车电气化的关键趋势
TI现场应用工程总监Colin Jan表示，随着智能汽车的发展，业界正面临着众多的车用系统开发挑战，包括功能安全与网络安全性、持续的创新需求、成本、上市时程、全球各地不同的法规、以及供应链问题等。
特别是从供应链来看，在经历全球缺货挑战后，TI已加大自有晶圆制造的投资，继2022年新增2座12座晶圆厂开始量产之外，也将持续扩充封测产能，以满足客户的需求。
TI自2014年起扩大对车用市场的投资，每年推出500款新的车用IC，迄今已共有7,000款通过汽车级认证的类比与嵌入式产品，可提供一站购足的服务。除了产品创新之外，TI拥有深厚的系统知识，同时也提供超过350种车用参考设计。
据统计，电动车和传统汽车仍有约12,000美元的价差，因此成本和行驶距离仍是电动车接受度的主要障碍。透过技术创新、降低成本，已成为推动电动车发展的重要关键。
TI将车用市场分为四个区块，影音娱乐和仪表板、油电和电动车、车身电子和照明、以及先进驾驶辅助系统。TI已针对这些应用，建立了丰富的产品组合，致力于协助业界开发出能满足成本、功能与可靠性的先进车用系统，加速电动车的创新发展。
ADAS解决方案简介
资深应用工程师James Hsu表示，TI的处理器包含一系列产品，如Sitara MCU、Sitara MPU，以及Jacinto SoC。驾驶辅助用处理器产品称为TDA4，为Jacinto SoC家族之一员。TDA4可满足整合式精密传感与控制、边缘AI运算、能效、功能安全、实时网络等不同的功能需求。此外，透过统一的软件开发套件，可提供更佳的设计灵活性与扩充性。
目前ADAS的两个主要趋势是，开始大量部署，以及转为以数据与软件为导向。对台湾厂商来说，开发较低速的停车辅助系统，是切入ADAS市场的较合适产品。另外，用来监视驾驶行为的车舱监视系统，也是深具商机的市场，可应用在车队管理。
此外，智能闸道器也开始兴起，过去多年来取代CAN网络的议题虽常被提起，但速度缓慢。近来在新的设计概念推动下，以太网络取代的态势渐渐明显，也将是另一个商机。
TI的TDA4处理器系列是可扩展的ADAS平台，可提供从1~32TOPS运算效能，适用于从低、中到高端的运算需求。亦有提供各类开发评估板，以加速产品开发。
TI高效能MCU在汽车方面的应用
资深应用工程师Andre Tseng表示，TI车用MCU产品包含多种型号，如车载资通讯用的AM24x、仪表板用的AM22x、雷达处理用的AM27x等，可提供从800MIPS到15K DMIPS的扩充效能。
今天主要讨论的是AM263x处理器。这是一颗内建四颗ARM Cortex-R5F核心的车用MCU，每颗时脉可达400MHz。它还结合了C2000实时控制子系统，具整合的马达、数码电源控制功能，并符合功能安全性的ASIL-D系统级完整性。除了适用于马达逆变器、电池管理系统等汽车应用，也可用于太阳能与储能、电动车充电、机器人、马达驱动等工业应用。
为了满足汽车市场对MCU的庞大需求，TI除了继2022年12月启用位于犹他州的新12寸厂之外，亦将于2023年下半兴建另一座新厂，预计2026年初开始量产，确保供应的可靠性。
TI一系列MCU的另一项特点是，能在统一的软件平台上进行开发，并提供坚强的软件支持，因此跨不同的系列或元件时，可确保无缝的软件移植性与重复使用。
TI车用充电桩方案介绍
应用工程师Pin Tsai表示，EV充电桩可分为交流和直流两大类型，其中交流再分为功率3.7kW以下的私人用，以及22kW以下的公共享。直流则分为3-11kW的可携式充电器，以及50~150kW的公共快充站。
他介绍了支持L1/L2交流充电桩，并符合SAE J1772规范的 EV服务设备（EVSE）参考设计─TIDA-010071。这是一款具备超低待机功耗的隔离式交流/直流功率级，其中整合了可驱动高电流继电器和接触器的DRV110电流控制器，可有效降低功率损耗。
针对搭配蓝牙、刷卡、或先进人机界面等更丰富功能的智能充电桩，TI亦有多款参考设计。例如，搭配AM335x处理器的TIDEP-0087。此外，在直流充电桩方面，则有TIDA-010054、TIDA-01606，可提供宽广的DC输出范围。
以EV充电站的趋势来看，未来，不论AC/DC充电桩都将朝更快速充电发展，至于公用DC充电站，则将进一步整合付款等更多功能，使用者界面更趋完善。
最后，他提到V2G新趋势的发展，透过把闲置车子的电池整合至电网，可达到省电善用能源的目标。但需要采用多等级拓朴和双向拓朴设计，有赖于更先进的电源管理控制技术。
车用低成本实时控制微控制器
资深应用工程师Wayne Huang表示，C2000是一款拥有悠久历史的微控制器产品。最早，它是以TI强大的DSP为基础，再进一步整合离散元件，并广泛应用在数码马达、数码电源控制等领域。近来，随着汽车应用兴起，C2000也开始用在盲点侦测、车载充电器、马达逆变器及车用照明等，截至目前已有超过数十亿颗出货量的实绩。
C2000拥有完整的产品组合，以新近推出的F280015X为例，除了优异效能，也重视成本控制，具备优异的性价比，能以高运算力支持低成本应用。
针对汽车市场，除了电源、动力之外，还有许多需要低成本实时控制的应用，例如空调、风扇、车门/窗控制、空气品质监控、低成本激光雷达等。TI能以不到一美元的价格，提供符合ISO26262车规的产品，来满足车用市场的多样化需求。Wayne Huang介绍了TIDM—02012 HEV/EV压缩机参考设计，能以更低成本，实现更安静、高品质的车用空调系统。
新时代车用类比电子元件总览
行销与应用经理Jin Lin表示，TI深耕汽车领域多年，致力于推动汽车电气化的实现。在产品创新方面，TI目前已有超过7000颗通过车规的类比与嵌入式产品。在供货可靠度方面，TI未来五年还会再兴建四座晶圆厂，持续扩充产能。
随着车用市场发展，TI亦全力投入。以其完备的类比产品，他介绍了如何利用TI丰富的网站资源，以应用面切入，来查找最适切的产品，网站可提供完整的电路图与技术文件，加速产品设计。
摄影机模块用电源管理IC的架构及选用
应用工程师Jimmy Gong表示，汽车有各种核心和新兴的视觉应用。核心应用包括前视、后视和环景摄影机。随着先进驾驶辅助系统（ADAS）变得越来越复杂，自主驾驶和驾驶员监控等新应用也开始普及。
特别是，近来已开始有车厂以摄影机来取代后视镜，或是开发后座监控应用等，意味着车内的摄影机及相应的电源管理需求也将日益提升。
他介绍了两款摄影机电源管理IC，TPS65033x-Q1（Fedora），以及外型更为精巧的TPS65035x-Q1（Trilby），仅有3.0mmx3.5mm。其中包含了三个降压转换器和一个低噪音 LDO。以其丰富的产品组合，可支持从低端到高端摄影机。此外，具有扩展的功能集和故障处理能力，可作为独立安全元素（SEooC） 实现ASIL-B合规性。面对摄影机应用常见的设计挑战，包括空间受限、EMI、简化物料清单、以及高散热效能等，TI的解决方案均能克服。
最后，他说明了如何选用合适的电源管理IC，首先需确认采用的影像传感器以及所需的规格包含是否需要功能安全性，在TI网站便能轻松找到相对应的解决方案。
车用背光解决方案
应用工程师Roy Chou表示，近年来汽车内部的屏幕数量正持续增加，除了仪表板之外，包括副驾驶座、后座，甚至电子后照镜等，各种显示应用快速兴起。
以背光设计方式来看，可分为全域发光（global dimming）和区域发光（local dimming）两种。前者是把LED放置在面板侧边，LED是一直开启的，关屏幕是利用液晶反射方式，使屏幕黑掉的方式来处理。
针对全域发光，TI有LP8864(S)-Q1，这是一款整合一个升压或 SEPIC 控制器的四路LED驱动器。可透过 数码界面或 PWM 输入对 LED 亮度进行控制，并提供故障回报以符合ASIL-B规范。
另一种区域发光设计，是把多枚LED排成列阵，放在面板后面，直接照射面板。由于每个区域都可进行局部控制，可显着提升对比度。因此，即使需要的LED数量增加，成本较高，但车厂已朝此方向发展，开始取代既有的全域背光设计。
此架构在设计上，主要差异是需要多一颗TCON（时序控制器）来发送区域发光的信息给LED驱动器。由于LED数量多，意味着驱动器多，目前业界主要采用DOB（driver on board）方式设计。
区域发光的驱动有直驱（direct-drive）和行扫（scan）两种方式。TI的直驱方案有TCL6C5748-Q1，这是具有内部电流设置的48通道，16位元PWM LED驱动器，已获得友达采用，开发车用屏幕，并在市场上已经量产。
最后，他介绍了两款参考设计，分别是TIDA-020036，这是一款384区域，12寸区域背光的参考设计。XTIDA-020039则是结合了TCON与电路板设计，是完整的车载娱乐屏幕系统参考设计。关于TI智能车用电子技术解决方案详细，欢迎至TI官网查询
