什么是车用/车规芯片？汽车电子芯片的革命

　　随着消费者对汽车的功能需求与定位不同，未来汽车的电子/电机系统也日趋复杂。传统汽车的电机系统泛指与汽车驱动相关的电子电机设备，如：电机、发电机、电池。而现今的汽车电子则泛指应用在汽车上的各种电子/电机系统，整辆汽车则依赖这些电子/电机系统的正常操作。各类电子/电机系统在汽车内的设计主要采取分布式的设计，亦即各系统尽可能独立运作，避免单一系统故障造成汽车完全无法操作的状况。电子/电机系统按照其在汽车上所要执行的功能可再粗略分成下面几类：

　　1.车身控制

　　车身控制是指汽车电子的最基础控制单元，此控制系统包含遥控锁定/解锁汽车发动机、汽车天窗、车灯等开关。

　　2.底盘控制

　　底盘控制主要负责底盘相关的所有调整，例如从侦测道路颠簸程度，调整避震器的阻尼，都属于这个电子系统的功能

　　3.动力系统

　　动力系统由发电机与传动系统组合而成，传动系统的功能是连接产生动力的发动机以及驱动轮，其中会利用机械能使驱动轮的轴转动。

　　4.信息娱乐系统

　　车内信息娱乐系统（In-Car Entertainment， ICE）又称车内信息系统（In-Vehicle Infotainment，IVI），包含一系列在车内提供声音、影像的软硬件，如：音响、导航、USB 接口、蓝牙连线、语音控制、手势识别到车内无线网络分享皆属此范畴。

　　随着科技导入汽车设计，更多的系统也随之诞生，现今消费者所购买的汽车，除了上述系统外，还添加了以下：

　　1.被动安全系统

　　被动安全系统（Passive Safety）是针对汽车在准备撞击或是感测到危及驾驶人或乘客安全时所启动的动作，包含了安全气囊、陡坡缓降控制及紧急刹车辅助系统等皆属此一范畴。

　　2.驾驶辅助系统

　　驾驶辅助系统（Driver Assistance）则提供驾驶人员对汽车的操控辅助， 一般而言，包含了车道辅助、速度辅助、盲点检测、停车辅助、自动巡航至行人侦测等皆包含在内。

　　3.乘客舒适系统

　　乘客舒适系统（Passenger Comfort System）则提升了驾驶人员及乘客在车内乘坐的感受，常见的乘客舒适系统涵盖了恒温控制、电动座椅高度及倾斜度的调节、自动启闭雨刷、自动开启车灯。

　　4.电子整合驾驶舱系统

　　随着车内的系统种类及功能越来越多，再加上现在半导体芯片的功能越来越强大，汽车设计开始出现部分系统的整合控制，这种设计概念将原本分布式设计的系统改变成部分中心化的控制。这种设计除了中心化控制使数据在各系统中的交换变得更容易处理外，也带来了节省半导体芯片使用量的好处，进而降低汽车的产生成本。这类系统多半结合了信息娱乐系统、仪表板、驾驶辅助系统等。

　　但这类系统的设计开发挑战则来自于混合系统设计的复杂度，相较于传统的汽车设计概念，需要更长的开发时间。举例来说，若资讯娱乐系统的中控台触控屏幕采用Android系统且汽车配有蓝牙功能，汽车就会出现潜在的风险，可能是黑客通过蓝牙进入Android系统，再经由Android系统连通汽车的解锁系统，进而开启车门。

　　另一方面，这类混合系统也带来更多对于安全的设计要求。举例来说，若娱乐系统中的中控台触控屏幕采用Android系统，当Android宕机时，是否会发出错误的指令，使得行进中的汽车打开车门。因此，随着电子整合驾驶舱系统设计概念的日渐普及，汽车的设计也开始出现更多的设计与验证方式与规范，而非往日仅有器件可靠度和耐用度的验证。

 

 

　　图一：电子/电机系统分类

　　车用芯片种类

　　根据之前所叙的汽车电子/电机系统，汽车芯片可简单分为下面几种：

　　1.电源管理芯片

　　用来处理汽车上所有的电源，包含交流/直流、直流/直流的电源转换及稳压、电源侦测及保护电路。

　　2.内存存储芯片

　　用来储存各项设定，包含Flash与EEPROM。

　　3.感测芯片

　　用来侦测各种情况，包含压力侦测、温度侦测、空气流量侦测、角速度侦测、加速度侦测环境光源亮度侦测、距离侦测等。

　　4.微处理器、微控制器、数字信号处理芯片

　　微控制器、数字信号处理：用来处理数据及控制系统。

　　5.驱动芯片

　　驱动各类系统或分离式元件，包含屏幕、整流器、二极管、射频。

　　6.离散式电子元件

　　各类功率晶体管、二极管等。

 

 

　　图二：汽车电子/电机系统所采用的芯片分类

　　什么是车用/车规芯片？

　　车用芯片是泛指使用在汽车内的所有芯片。从芯片设计的角度考虑其使用的场景，大致分为消费级、工业级或车用级。而车用芯片一定是车用级芯片吗？以大家在汽车改装店安装的行车记录仪里所使用的芯片而言，这个问题答案可能是否定的。但对于原厂汽车车辆上所使用的芯片而言，这个问题的答案则是肯定的。

　　若按照芯片设计的传统分类，消费级、工业级或车用级的差异来自于其不同的使用场景。更精确的说，是来自于操作温度、操作电压、储存温度、储存湿度、静电放电容忍程度及芯片生产批次性的差异容许范围。以操作温度而言，不同规格的芯片，设计的操作温度范围可参考图三。

 

 

　　图三：广义车用级芯片操作温度

　　总结

　　随着汽车电子功能的不断与时俱增，以文章中提及的条件来做为车规级芯片与其他芯片的区别已明显不足。因此也衍生出了许多车规级芯片所特别需要的车规认证，同时导致用传统的芯片设计方法已无法满足既有车规级芯片设计的需求。下一篇我们将继续介绍，在车规级芯片的认证规范日益充满挑战的情况之下，奎芯科技团队目前所掌握的核心技术如何提供优秀的解决方案，在专属认证规范内提升车规级芯片的质量及可靠性。