2024 TI 智能汽车技术研讨会 引领未来的移动革命
- 李佳玲／台北
-
智能化与电气化风潮正推动着汽车产业的革命性转型，特别是汽车电气化、先进驾驶辅助系统（ADAS）和区域架构等三大关键领域的发展。这其中，半导体创新技术扮演了重要角色，以协助汽车系统持续发展，打造更智能、安全和节能的汽车未来。
TI深耕汽车市场多年，已建构了完备的产品组合。在今年度的TI智能汽车技术研讨会中，特别聚焦于这些重要议题，并揭示其先进解决方案如何引领未来的移动革命，协助业者布局智能汽车创新应用。
车用处理器在先进驾驶辅助系统之应用
TI应用工程师David Ho表示，TI针对汽车市场开发了TDA4x SoC系列产品，具备整合精密传感与控制、边缘AI与边缘运算、节能、功能安全性、网络连接性，以及统一的软件开发套件支持等特性。
TI截至目前已出货11亿颗安全MCU给汽车产业，3.5亿颗的车用处理器以及1.2亿颗的ADAS处理器。由于累积了深厚经验并充分了解市场，因此将能引领、定义并满足汽车市场需求。
现今汽车市场主要有两大发展趋势：大量部署ADAS技术、以及改为数据及软件导向。未来将有更多汽车导入先进ADAS，尤其是在停车、驾驶、以及车舱内监控等各种创新应用。此外，由于汽车的ECU数量增加，需要数据在ECU之间能有效移动，推动了区域架构的发展，对于实时处理以及更具智能的闸道器有更高的要求。
针对这两大趋势，TI提供TDA4系列及DRA8系列SoC，可为汽车带来更佳的驾驶体验，并推动软件定义汽车的发展。透过此统一的汽车平台，以及TI提供的完整软件开发套件，能够协助业者加速创新汽车应用的开发。以目前新兴的边缘运算为例，TDA4x的深度学习工具可使AI演算法的部署更简易与正确。
最后，David Ho介绍了多家合作夥伴采用TDA4x开发的实际产品，包括智能驾驶、智能停车、以及多重摄影机等。
车用毫米波雷达应用日益普及
TI资深应用工程师James Hsu指出，毫米波传感器的特点在于，能够以高准确度提供侦测物件的距离、速度以及角度。与摄影机不同的是，毫米波能在黑暗、浓雾、大雨等较差的环境条件下正常运作。因此，近来毫米波已日益获得汽车的广泛应用。
TI毫米波技术的优势包括：透过整合前端元件，可提供单芯片的传感解决方案、采用RFCMOS制程，具备更佳的整合性，效能优于SiGe。此外，以封装天线形式供应，可简化设计与制造挑战。
在ADAS应用，TI新推出AWR2544、AWRL1432等产品，可用在前方、停车、侧面雷达等设计。至于车身、底盘方面，AWRL6432可用于车内儿童传感和入侵防盗侦测，此外还有多项产品适用于安全带提醒、脚踢尾门等各种功能。
针对ADAS雷达市场的趋势，James Hsu表示，下一代的雷达传感器将提升25%的距离侦测、50%的角度分辨率，以及30%的功耗降低，并朝1Gbps以太网络和CANFD等不同的架构演进。
此外，毫米波雷达亦可应用在电动单车或微型交通。最后，他强调毫米波雷达将在车舱传感应用扮演重要角色，带来创新应用。例如，雷达可侦测诸如呼吸等细微的身体动作，也能够侦测到毯子下有熟睡的婴儿，可有效防止意外事件。此外，雷达的强韧性更佳，能在各种照明条件下运作，不受温度影响，而且又能兼顾隐私。
电动车充电桩及动力总成系统方案介绍
TI应用工程师Pin Tsai表示，TI是推动全球汽车充电系统标准化的CharIN协会的重要成员，我们的充电桩解决方案涵盖高压电源转换、电流与电压传感、以及边缘处理与连接性等完整应用。。
充电桩的发展趋势包括：更高的电池电压，意味着充电桩必须支持250V-920V，因此需要更复杂的DC/DC设计。此外，双向充电也是近来的重要议题，结合储能系统设计，要求更高的电源效率。基于此趋势，无论是CCS或NACS系统，都需遵循ISO15118标准，以提供双向充电的V2G功能。同时，为符合消费者和充电业者的需求，电能计量功能也已成为必须。
Pin Tsai介绍多款参考设计，包括AC Level 2充电平台参考设计TIDA-010239，此参考设计着重于超低待机隔离式AC/DC辅助功率，具备高效率继电器，支持侦测RCD（残余电流侦测）应用。此外，还有三相电流转换电能计量参考设计TIDA-010243、10kW三相三级双相逆变器/转换器参考设计TIDA-01606、以及双向双主动桥式（DAB） DC/DC参考设计TIDA-010054。
在动力总成方面，就推动汽车电气化的发展来看，涉及了四项重要技术：电池管理系统（BMS）、牵引逆变器、车载充电器（OBC）、以及DCDC转换器。其中每一项技术都有不同的设计考量，包括电池监控准确度、高压隔离式闸极驱动器、实时MCU控制器，以及整合式变压器技术等。
针对OBC/DCDC，Pin Tsai指出，近来的趋势是朝区域控制发展，把牵引逆变器和OSC/DCDC/BMU整合在一起，推升了对功能安全性和实时控制的需求。此外，除了需能支持400V和800V电池和更高电压范围的电池平台之外，还需能支持V2G和V2H的双向电源功能。
对此，TI在提升电源密度、隔离式设计、实时ASIL-D控制器等各方面技术都投入许多资源，可提供完备的解决方案。同时，TI不仅是元件供应商，还专精于系统技术，可提供丰富的参考设计，协助业者缩短上市时程。因为随着汽车电气化的发展，新车的设计周期也逐渐缩短，这对业者来说，也是一项新的挑战。
在电池管理系统（BMS）方面，则需要提升电池监测准确度，以支持磷酸铁锂（LFP）电池技术。对此TI的BQ79718-Q1 电池监控器可实现精密的电池电压、电流和温度量测，以有效确定车辆的实际续航里程，提高电池组的整体寿命和安全性。
TI的创新电芯电量监控及电池包监控方案
TI应用工程师Barton Tung表示，BMS正持续演进，为了简化硬件与MCU软件开发，已从传统BMS移转至智能BJB（电池接线盒），再朝领域（domain）/区域（zone）架构发展。
TI可针对汽车BMS提供完整产品组合，包括电池芯监控、电池包监控、固态继电器、隔离式电压供应、无线MCU、以及周边界面等，均有方案可供选用。
为了提升电池寿命并最大化充电效率，电池芯的电压量测非常重要。尤其是，LFP电池的放电曲线非常平坦，因此需要更精密的电压量测。此外，电压与电流的同步量测亦很重要，非同步数据有可能会导致误差。1%的SOC误差，就有可能造成续航里程减少1%。
Barton Tung说明了利用分流电阻以及霍尔传感器进行电流量测的原理，以及过电流侦测、温度量测等实际应用。在产品方面，则介绍了BQ79718 18节串联汽车类精密电池监控器平衡器和BQ79600 UART/SPI至菊花链桥接IC等产品。
汽车朝区域架构发展之趋势介绍
TI资深应用工程师Roy Chan指出，随着汽车朝智能化与电气化发展，汽车架构也已从过去的分散式架构朝现今的领域架构移转，未来将改为区域架构。
在分散式架构中，一辆高端汽车中的布线长度将大于3公里，会采用超过100个ECU（电子控制器），不仅设计复杂，还需耗费昂贵成本进行软件验证。改为领域架构，能够减少15~20%的布线，降低系统成本。其概念是在闸道器之下，依照不同功能配置领域处理器，TI有DRA821产品适用。
至于区域控制则是透过一颗整合度更、功能更强大的中央运算单元，把闸道器和ADAS运算、IVI（车用信息娱乐系统）运算、车辆控制运算功能结合在一起，把车子分为前后侧边四个区域进行控制。
从领域朝区域架构移转，主要是受到软件定义汽车以及最佳化电源供应的需求所推动。据了解，目前第一代的区域架构仍是采取领域和区域的混合式设计，要完全过渡至全面的集中式区域运算架构，还需要好几年的时间，预估要到2028年才会实现。
在现今的第一代区域架构中，中央运算单元之下会搭配多个区域控制模块（ZCM）或区域控制器，提供与中央运算和边缘节点之间的闸道器功能，并透过将电源传送至下游的边缘节点或其他区域。ZCM中包含了输入电源保护、电源管理、通讯、智能保险丝、输出驱动器、MCU和比较器等多种IC。TI已有完备方案，可协助业者开发紧凑且可靠的区域控制模块。
车用背光解决方案含侧录式拓扑及直下式拓扑
TI应用工程师Roy Chou表示，近年来，汽车内部的屏幕数量日益增加，包括仪表板、智能车舱、后座，以及电子后照镜等，显示应用已成为提升驾驶体验的重要一环。
针对车用背光解决方案，LED驱动器有全域调光（global dimming）和区域调光（local dimming）两种方式。前者是把LED放置在面板侧边，后者是把多枚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，因此对比度较佳，但成本也较高。尽管如此，在高端应用趋动下，区域调光已日渐普及。
TI的全域调光LED驱动器采用升压架构，主要有LP8864/6-Q1、LP8863-Q1、LP8868-Q1等多项产品，可支持各种通道数、最大电流、电压范围等规格。由于显示器对于功能安全性的要求日增，驱动器亦提供诊断与通讯功能，以回报故障。
在区域调光方面，Roy Chou介绍了TLC696x1-Q1产品，这是16通道直驱（direct-drive）驱动器，设计简单，2层板即可实现。
区域调光除了直驱之外，还有扫瞄方式，主要差异在于，由于LED数量多，利用多一颗TCON（时序控制器）来发送信息。对此，TI可提供TLC696x2/4/8-Q1分时多工区域调光驱动器，以及TLC696x0-Q1扫描式MOSFET控制器。运用TI完备的相关产品以及参考设计，可协助客户加速车载显示应用的开发。如欲进一步了解精彩的研讨会内容，请立即至TI官网下载讲义或在线观看。
