意法半导体智能出行整车方案：31项Demo助成未来驾驶体验

作为汽车芯片市场的领导厂商，意法半导体(ST)在汽车领域拥有30年的研发经验，产品涵盖当今传统汽车工业的全部主要应用。本届2020慕尼黑上海电子展上，意法半导体以一款搭载了31项Demo的汽车惊艳全场，展示了ST在包括汽车电动化、车身控制和舒适系统、车载网络连接、NFC汽车门禁等全方位的汽车解决方案。这辆Demo车究竟有何特殊之处，在现场获得如此关注度的原因又是什么？电子发烧友带你走进其背后的亮点产品与技术细节，并采访了意法半导体中国的汽车电子应用实验室经理姜炯迪先生，为你一一解惑。
 

ST Demo车 / STMicroelectronics

 
OLED尾灯
 
除了车载信息娱乐系统的屏幕展示外，OLED还为汽车照明带来了新的可能性。LED固然具有优秀的穿透力，但对于行人和其他驾驶员来说，会存在刺眼的情况，尤其是用于指示的尾灯。而OLED不仅囊括了LED的优势，还能实现更柔和的光源。因此，OLED成为了在亮度和安全性上做到平衡的完美替代品。基于OLED的显示特性，也更容易实现个性化控制。
 
ST选用的OLED演示板选取了两块OLED驱动芯片L99LDLH32，早在去年，ST就展示过以这款IC和奥迪与OLEDWorks合作开发的OLED照明方案。在这块板子中，该IC用来驱动尾灯内部的多块OLED灯片，以实现多样化、个性化的OLED尾灯组。
 
L99LDLH32集成了32路高边通道，尾灯驱动与ECU之间以特有的CAN-FD Light接口相连，以便尾灯驱动集成到灯组模块，缩短了连接线束。

OLED尾灯及演示板 / 电子发烧友摄

 
BMS电池管理系统
 
众所周知电池自燃的新闻常常引发人们对新能源汽车安全性的担忧，而造成这一核心隐患的关键除了电池本身之外，还有汽车的BMS电池管理系统。BMS不仅需要监控电池的状态，还要管控电池的循环寿命、充电热管理等。

BMS电池管理系统 / 电子发烧友摄

 
意法半导体的BMS方案中采用了一款先进的专用模拟前端芯片L9963，该芯片可同时监控14个电芯，精度可达±2mV。L9963还有7路模拟输入，用来做NTC监控，监控电芯温度。

一颗L9963芯片支持14个堆叠的电池 / 电子发烧友摄

 
在BMS中，精度是确保充电状态、电池容量的关键所在，而减小误差可以提高整个系统的准确性。在问及意法在减小误差上所做出的努力时，姜炯迪回答道：ST在ADC的参考源上采用了更精准的设计，不仅采用了两路参考源相互校验，同时多个ADC间并非仅负责单一通道的采样，也可以相互校验ADC的结果。
 
NFC汽车门把手
 
早在近期的2020 WWDC上，苹果就利用CarKey功能吸引了不少眼球，不仅可以用手机解锁汽车，还可以将CarKey分享给其他用户。但这项技术的实现方式仍是NFC，作为近距离通讯的方式之一，NFC在安全性和易用性上成了数字车钥匙的首选。驾驶员仅需将手机或NFC卡贴近车门把手或者B柱即可解锁与锁定车门。

NFC汽车门把手 / 电子发烧友摄

 
意法半导体的NFC汽车门把手方案选用了汽车级NFC读卡器ST25R3920，这是一款意法最新推出的高性能的通用NFC收发器，不仅符合CCC（汽车连通性联盟）数字钥匙的规格的需求，同时也可以辅助车载无线的配对、以及配合Qi充电进行NFC卡检卡保护等。因为NFC的特性，从理论上来说，哪怕是手机电量不足关机后的24小时内，也是可以用来解锁车门的。

NFC汽车门把手 Demo板 / STMicroelectronics

 
不仅如此，该NFC读取器还拥有高稳定性、高射频输出功率、低功耗等优势。在该Demo车的车身上，NFC也同样被运用于汽车耗材防伪和汽车中控的NFC解决方案。
 
TBox

SPC582Bx系统框图 / STMicroelectronics

 
ST的TBOX方案选用了车规级40nm 32位的PowerPC架构微处理器SPC582Bx，Teseo-LIV3F模块和蓝牙模块组成。SPC582Bx支持大量外设接口，比如LINFlexD、I2C等，且满足GB32960标准中的车规级低端车载终端方案，也已通过了AEC-Q100的车规认证，专为ASIL-B级别的系统设计。

T-Box与AVAS / 电子发烧友摄

 
由于纯电汽车在低速运行时噪声相对较小，所以国家也对特定种类的汽车出台了安装行人警示器（AVAS）的规定。由上图也可以看到T-Box与AVAS的连接。ST的AVAS方案中，选用了FDA803这块数字功放芯片，它符合CISPR 25的Class V标准，抗干扰能力强，可以轻松通过EMC测试。
 
主驱逆变器
 
主驱逆变器是解决电动汽车里程问题的关键所在，在VCU（整车控制器）的指令下从电池中获取电能，将其转换为交流电后控制电机工作。ST的主驱逆变器Demo包含了碳化硅模组、SPC58系列的MCU、电池管理芯片L9396和驱动芯片L9502等。

主驱逆变器 / 电子发烧友摄

 
SPC58系列MCU借由40nm工艺和PowerPC的三核架构，实现软件算法、电机控制和整车通信等功能。ST称将推出基于ARM核的新系列产品，将MCU扩展至6核以上，以更高的主频，满足未来域控制器架构对运算能力的要求。
 
碳化硅作为逐渐普及的优异半导体材料，在替代传统的硅基驱动器后，降低了80%的损耗，意味着一并降低了整车成本和空间占用，提高了续航能力。ST也在开发第三代碳化硅产品，在相同晶圆面积下降低Rdson，实现更低的损耗。
 
DCDC
 
ST在DCDC方案上同样选用了SPC58系列的MCU和L9396的电源管理芯片，碳化硅和其他功率器件。其中SPC58NN84E7可在满载下实现高达94%的转换效率，隔离双通道驱动芯片L9501则可实现10ns量级的死区精度调整，进一步提高系统效率。
 

OBC与DCDC / 电子发烧友摄

 
新能源汽车为传统汽车带来了巨大的冲击，其中之一就是域的概念，比如动力域、座舱域、车身域、ADAS域等等。面对汽车电子电气架构向域集中化的发展趋势，域控制器又扮演者什么角色呢？姜炯迪经理提到这一趋势为MCU的运算能力、车内外通讯网络的数据连接、汽车系统的可靠性安全性提出更高的要求。比如在动力域上，有VCU、BMS等模块，而这一趋势下会将VCU和BMS、OBC和DCDC等集成在一起，进一步的深度整合后，会将VCU、BMS、OBC、DCDC和主驱控制等统一集成在一起。意法半导体目前也在针对集成化趋势进行研发，相信这类产品很快就会面世。
 
尽管疫情对全球电子行业造成了一定打击，其中受挫最严重的当属汽车电子。但相关的研发工作并没有停滞，由ST的Demo车更是可以看出现有产品线和研发进度的稳步布局。不论是OLED应用的普及，电池损耗的降低还是碳化硅技术的革新，智能出行尚在迅猛的上升期里。