汽車半導(dǎo)體研制的特殊要求
2004年6月A版
汽車電子產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展后,目前國(guó)外先進(jìn)汽車電子技術(shù)已發(fā)展到第四階段,主流技術(shù)包括電子技術(shù)(含微機(jī)技術(shù))、自動(dòng)化控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及機(jī)電一體化耦合交叉技術(shù)等綜合技術(shù)。汽車電子技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家已開(kāi)發(fā)出倒車?yán)走_(dá)、防撞雷達(dá)、后視電視系統(tǒng)、車間通信系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)以及駕駛員狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)等新產(chǎn)品。
作為汽車電子產(chǎn)品核心的汽車半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展迅速,在前兩年的經(jīng)濟(jì)低迷時(shí)期,汽車半導(dǎo)體銷售額仍穩(wěn)步增長(zhǎng),成為一道亮麗的風(fēng)景。眾多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,汽車有望取代電腦而成為芯片的下一個(gè)“殺手級(jí)”應(yīng)用領(lǐng)域。
根據(jù)功能的不同,可將汽車半導(dǎo)體產(chǎn)品分為5種,詳見(jiàn)表1。
汽車半導(dǎo)體的特殊要求
電路設(shè)計(jì)
汽車半導(dǎo)體電路設(shè)計(jì)面臨的一個(gè)最大問(wèn)題就是電磁干擾(EMI)。隨著車用半導(dǎo)體數(shù)量的增多,EMI問(wèn)題也愈加突出。常見(jiàn)的EMI輻射來(lái)自微控制器。EMI的危害主要有:靜電放電、電源變動(dòng)、射頻干擾(來(lái)自其他車輛或車內(nèi)收音機(jī))以及電源線電場(chǎng)與磁場(chǎng)。
虛假EMI可能影響AM/FM收音機(jī)等電子系統(tǒng),嚴(yán)重時(shí)甚至影響汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)或出現(xiàn)爆胎(電源變動(dòng)引起)。雖然對(duì)普通用戶來(lái)說(shuō),收音機(jī)受點(diǎn)干擾并無(wú)大礙,但這些干擾有時(shí)對(duì)警車、救護(hù)車、救火車或軍車就非常致命。
目前尚沒(méi)有哪個(gè)方案能夠解決前述的EMI問(wèn)題。常用的減少EMI方法是:(1)電源變動(dòng):以各種輸入電源的變動(dòng)保護(hù)為主,以及各級(jí)電路的濾波保護(hù)為輔;另外,在當(dāng)今的各種設(shè)計(jì)中,容忍噪聲的軟件業(yè)更加流行。(2)射頻:最好的方法是屏蔽,但這在車上未必總行得通,因此通常對(duì)電源及I/O線纜進(jìn)行高頻濾波,并精心布線,去除耦合。(3)靜電放電:對(duì)電源及I/O線纜進(jìn)行高頻濾波。(4)輻射:盡量從根本上避免。
制造工藝
隨著晶體管體積的減小以及軟件控制系統(tǒng)數(shù)量的增加,汽車電子系統(tǒng)更容易出現(xiàn)故障;尤其是剛剛開(kāi)發(fā)出來(lái)的新產(chǎn)品更是如此。
雖然特殊的封裝工藝對(duì)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的芯片至關(guān)重要,但在非苛刻環(huán)境下通常采用標(biāo)準(zhǔn)封裝工藝,以降低制造成本。當(dāng)然,在芯片設(shè)計(jì)中可靠性及性能問(wèn)題極為重要;另外,信號(hào)一致性問(wèn)題也不能忽視。
可靠性
由于汽車半導(dǎo)體產(chǎn)品要適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)艙等惡劣環(huán)境,同時(shí)要保證娛樂(lè)系統(tǒng)工作在較大的溫度范圍,這要求汽車半導(dǎo)體產(chǎn)品具有較高的可靠性。目前,汽車電子產(chǎn)品的復(fù)雜性正迅速增加,汽車行業(yè)也充分利用小型晶體管帶來(lái)的低成本及性能優(yōu)勢(shì),但是,隨之而來(lái)的一些負(fù)面影響也不容忽視。例如,尺寸減小帶來(lái)一定的性能問(wèn)題,較低的工作電壓也帶來(lái)噪聲容限問(wèn)題,導(dǎo)線間距的縮小可能引起串?dāng)_,電壓浪涌則會(huì)對(duì)輸入以及輸出電路造成永久損壞;此外,小尺寸晶體管固有的漏電流大的問(wèn)題不僅會(huì)增加功耗,而且會(huì)導(dǎo)致芯片溫度升高,致使可靠性下降,因?yàn)榘雽?dǎo)體產(chǎn)品可靠性隨著溫度的升高而呈指數(shù)下降。因此,必須精心設(shè)計(jì)與封裝,以盡量避免溫度升高。
通過(guò)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)并嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),加之開(kāi)發(fā)新的技術(shù),是可以保證汽車半導(dǎo)體可靠性的。例如,正在開(kāi)發(fā)的碳化硅晶體管將用于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱或制動(dòng)等場(chǎng)合,同時(shí)電源電壓也將普遍提高到42V。另外,高可靠計(jì)算應(yīng)用也處于開(kāi)發(fā)之中,它具有足夠的冗余以及“帶你回家” (get you home)的功能,同時(shí)汽車行業(yè)還正在開(kāi)發(fā)具有優(yōu)化機(jī)械可靠性及優(yōu)良散熱性能的封裝工藝。
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
汽車行業(yè)一直贊同開(kāi)發(fā)并實(shí)施行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),汽車半導(dǎo)體供應(yīng)商也不例外。目前對(duì)芯片制造商影響較大的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是控制器局域網(wǎng)(CAN)以及局域互聯(lián)網(wǎng)(LIN)標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)然,還有其他一些關(guān)于汽車電子產(chǎn)品的協(xié)會(huì)及標(biāo)準(zhǔn)組織,見(jiàn)表2。
CAN
CAN是非常適合連接智能以及獨(dú)立部件的串行總線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。CAN的主要特性是:
評(píng)論