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最新智能分布式控制(IDC)解决方案开始应用于汽车驾驶

Taking the Latest Intelligent Distributed Control (IDC) Solutions to the Road

飞思卡尔半导体公司TSPG事业部 IDC/SBC产品营销部 Robert Li


应用故事

公路旅行一周所需的物品都塞进了汽车。爸爸手握钥匙,打开车门,想起上次是他身材娇小的妻子开的车,车内设置不太适合他这个身材魁梧的人。于是,他迅速按下按钮,把座椅、方向盘、后视镜调节到适合他这个超级大块头的最佳位置。汽车环境控制系统也恢复到他的预先设置。

几小时以后,爸爸把车开到高速公路边加油。女儿似乎不想错过这个活动机会,赶紧把头伸出窗外。就在这时,哥哥不小心靠在车窗玻璃的升降按钮上。但车窗检测到了物体,立即锁定在安全位置。

加完油之后,爸爸决定在太阳下山之前继续长途驾驶。车速高达每小时150公里,车身向左偏移。突然,司机座位和方向盘开始振动。爸爸马上意识到注意力不集中的危险,便将车驶离公路,准备休息一会儿再继续上路。

回到公路上,其他汽车的尾灯和前灯发出的灯光非常晃眼,让人很不舒服。幸好,防眩目后视镜检测到了这个问题,及时将汽车内部和外部的后视镜调节到适当的暗度,爸爸又感觉舒服了。

汽车冒雨进入乡村公路,爸爸仍然满怀信心地开着车,由于前灯不断调试自身的亮度和角度,因此汽车在上山、下山和急拐弯时一直保持最佳照明。爸爸视野清晰,回家的行程自然安全放心。

如果近距离观察,您会发现飞思卡尔半导体的身影在整个旅程中无处不在。爸爸、妈妈和孩子们安全地到达目的地,应该部分归功于飞思卡尔的MM908系列设备。该系列设备在欧洲称为智能分布式控制(IDC),在美洲则称为系统级封装(SiP)解决方案。

再从汽车电子专业人士的眼光来看,没有下列设备,这一家人的旅程就不会如此舒适:

智能座椅,由一组智能直流电机组成,它们能够记忆和回忆倚靠位置、垂直高度、水平滑动、腰部和头枕部位。
汽车环境控制器,带有多个分布式步进电机,能够记忆和调整雨刮器的位置。

防夹车窗升降器,由一个智能直流电机控制,不仅可以精确地校准和移动车窗,还能在全年的任何天气条件下,检测到所有可能的车窗夹人情况。

多功能方向盘,包含分布式开关键盘,以及与车道偏离警告系统(LDW)控制器联网的振动器。

分布式外部后视镜,支持后视镜玻璃位置记忆和调节,以及后视镜暗度调节功能。

自适应前灯系统(AFS),驱动多个智能步进电机,以调节高度、弯曲角度、聚焦 /光束和照明。

在上述所有系统中,我们可以发现一个共同点 它们都采用了Mechatronics(机电一体化)部件,带有完全集成的混合信号控制器。这实际上不是一种巧合,而是特定汽车市场领域的一个潮流,虽然其他垂直集成和分布式解决方案呈现集中趋势,试图充分利用知识产权,不断扩展以满足不同的OEM需求,保护海外竞争的利润。与此同时,产品生命周期逐渐缩短,面市时间也变得越来越关键,使得形势日趋严峻,最终客户对产品质量的期望越来越高,而平均销售价格(ASP)却不断下滑。
在飞思卡尔智能分布式控制(IDC)解决方案的支持下,许多部件供应商通过系统级差异化和成本缩减,成功地形成了自身的独特竞争优势。


MM908E6xx系列

飞思卡尔MM908E6xx系列是高度集成的单封装解决方案,包括HC08高性能微控制器,带有SMARTMOS 模拟控制集成电路,封装在54引脚的小型集成电路(SOIC)中。HC08微控制器包括16K字节的汽车级闪存、2个16位双通道定时器、增强型串行通信接口(ESCI)、10位8通道模数转换器(ADC)、串行外围设备接口(SPI)和内部时钟发生器(ICG)模块。模拟控制芯片提供专用功能,例如受到完全保护的H桥/高端输出,带有全面诊断功能、稳压器、可配置看门狗、运算放大器、传感器驱动和局域互连网(LIN)物理层,具有优化的电磁兼容性(EMC)性能。

部件厂商主要从飞思卡尔IDC解决方案的以下几个方面获益,另外还有一些隐藏的益处,但没有直接体现在物料清单(BOM)中。

物料清单(BOM)数量少,从而降低物流开支、芯片制造成本和焊接检测成本。

设计图复杂性低,因而更加易于设计和维护,这是降低工程成本、缩短面市时间的关键因素。

印制电路板(PCB)尺寸极小,而且在某些情况下只需要单层PCB。PCB尺寸缩小,模块占用面积缩小,这些优势都可以直接转换成经济收益。与此同时,高集成度使得机械模块供应商能将“智能”集成到他们的产品中,从而在竞争中获得更高价值。

高集成度带来的最佳应用性能,这些优势包括:超低的静态电流(休眠模式)、出厂前校准/微调、精确性增强。

系统级高质量,让每颗芯片都达到高质量级别。这种质量提高可以增加部件厂商的产品优势,同时降低后端质量支持的成本。

高可靠性,由于一个飞思卡尔IDC设备能够完成5~7个功率集成电路的工作,因而环境因素、封装因素、电应力因素导致的故障风险更小。

例如,典型的高端LIN智能汽车后视镜设计能将集成电路数量减少大约80%,数字复杂性降低92%,PCB尺寸缩小56%,静态电流减少60%,可靠性提高16%,质量提高80%。

图1 IDC价值主张(略)

目前,飞思卡尔正在推出MM908E6xx系列的5个成员MM908E621/2/4/5/6。这5种产品都集成了HC08微控制器。每种面向特定应用的SMARTMOS 模拟控制芯片各不相同。

MM908E624的目标应用是汽车高电流制动器应用(例如车窗升降、风扇和顶蓬)和LIN监控应用(键盘、开关量输入)。模拟功能包括三个支持PWM的高端输出(具有诊断功能)、变压器、看门狗、电流监控的运算放大器,以及LIN物理层。MM908E624在防夹车窗中的应用见图2。

图2 908E624用于防夹车窗升降应用(略)

MM908E626非常适合高温汽车步进电机应用,如汽车环境控制、自适应灯光调节。它能在115℃的周边运行温度下工作。模拟功能包括受到全面保护的H桥,以及电流复制、线圈电流限制、反向电磁力(BEMF)检测和诊断、看门狗和LIN物理层。

MM908E625适用于使用小型直流电机、步进电机和制动器的多种汽车、工业和消费应用,例如后视镜、门锁、咖啡机、ATM取款机和LED驱动器。除了MM908E626以外,MM908E625也提供受保护的高端输出、变压器、霍尔传感器和模拟输入。

MM908E621面向多种直流电机和制动器应用,例如高端LIN后视镜。模拟控制芯片提供4个半桥、3个PWM高端输出、诊断功能、霍尔效应传感器输入、模拟输入、变压器、视窗看门狗和LIN物理层。

MM908E622也面向多种直流电机和制动器应用,与MM908E621相同,但它配有集成的电致变色驱动,使之非常适合于具备EC功能的高端LIN后视镜。MM908E622在EC反光镜中的应用见图3。

图3 908E622用于EC反光镜应用(略)

最后一点也很重要。IDC设备并不容易制造,因为它具有很高的复杂性,并且涉及到设计、测试、封装、质量、应用和软件支持。凭借10多年的IDC经验,飞思卡尔获得了宝贵的专业知识,不仅能够回答“如何集成”的问题,还能回答“如何通过集成提供良好的汽车质量、经济高效的结构、用户易于接受的EMC性能、无缝的软件和应用支持”,最重要的是,飞思卡尔还能回答“如何恪守我们对客户的承诺”,而这一点并不像表面那样显而易见。


小结

总之,飞思卡尔IDC解决方案已经制定和开发,并得到具有创新精神的客户的选择使用,在他们创造价值的创新过程中提供支持。这些产品已经成功地帮助多家一级(Tier 1)厂商、二级(Tier 2)厂商和OEM创造出竞争优势,同时从根本上降低了系统或项目成本。飞思卡尔正在利用以往的经验,在下一代产品的超前开发方面与领先客户积极开展合作。

《世界电子元器件》2006.9
         
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