2023 TI智慧汽車技術研討會 以完備產品組合推動汽車電氣化向前邁進
- 李佳玲／台北
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隨著汽車朝電氣化及智慧化的步伐不斷前進，透過結合各種最新科技，已為汽車應用帶來了全新變革。然而，要滿足智慧汽車對於成本、效能與可靠度的要求，已使車用電子設計變得更複雜、更嚴苛，更有賴於半導體的技術創新才能實現。
已建構完備車用半導體產品組合的TI，在日前舉辦的年度智慧汽車技術研討會上，針對ADAS、車用影音系統、電動車充電站、以及照明等多項議題介紹其解決方案，助力台灣業者掌握最新的車用電子設計技術。此外，還特地邀請MIH 電動車開放平台、歐特明電子、以及友達光電等重要夥伴共同分享其創新成果。
汽車電氣化的關鍵趨勢
TI現場應用工程總監Colin Jan表示，隨著智慧型汽車的發展，業界正面臨著眾多的車用系統開發挑戰，包括功能安全與網路安全性、持續的創新需求、成本、上市時程、全球各地不同的法規、以及供應鏈問題等。
特別是從供應鏈來看，在經歷全球缺貨挑戰後，TI已加大自有晶圓製造的投資，繼2022年新增2座12座晶圓廠開始量產之外，也將持續擴充封測產能，以滿足客戶的需求。
TI自2014年起擴大對車用市場的投資，每年推出500款新的車用IC，迄今已共有7,000款通過汽車級認證的類比與嵌入式產品，可提供一站購足的服務。除了產品創新之外，TI擁有深厚的系統知識，同時也提供超過350種車用參考設計。
據統計，電動車和傳統汽車仍有約12,000美元的價差，因此成本和行駛距離仍是電動車接受度的主要障礙。透過技術創新、降低成本，已成為推動電動車發展的重要關鍵。
TI將車用市場分為四個區塊，影音娛樂和儀表板、油電和電動車、車身電子和照明、以及先進駕駛輔助系統。TI已針對這些應用，建立了豐富的產品組合，致力於協助業界開發出能滿足成本、功能與可靠性的先進車用系統，加速電動車的創新發展。
ADAS解決方案簡介
資深應用工程師James Hsu表示，TI的處理器包含一系列產品，如Sitara MCU、Sitara MPU，以及Jacinto SoC。駕駛輔助用處理器產品稱為TDA4，為Jacinto SoC家族之一員。TDA4可滿足整合式精密感測與控制、邊緣AI運算、能效、功能安全、即時網路等不同的功能需求。此外，透過統一的軟體開發套件，可提供更佳的設計靈活性與擴充性。
目前ADAS的兩個主要趨勢是，開始大量部署，以及轉為以數據與軟體為導向。對台灣廠商來說，開發較低速的停車輔助系統，是切入ADAS市場的較合適產品。另外，用來監視駕駛行為的車艙監視系統，也是深具商機的市場，可應用在車隊管理。
此外，智慧型閘道器也開始興起，過去多年來取代CAN網路的議題雖常被提起，但速度緩慢。近來在新的設計概念推動下，乙太網路取代的態勢漸漸明顯，也將是另一個商機。
TI的TDA4處理器系列是可擴展的ADAS平台，可提供從1~32TOPS運算效能，適用於從低、中到高階的運算需求。亦有提供各類開發評估板，以加速產品開發。
TI高效能MCU在汽車方面的應用
資深應用工程師Andre Tseng表示，TI車用MCU產品包含多種型號，如車載資通訊用的AM24x、儀錶板用的AM22x、雷達處理用的AM27x等，可提供從800MIPS到15K DMIPS的擴充效能。
今天主要討論的是AM263x處理器。這是一顆內建四顆Arm Cortex-R5F核心的車用MCU，每顆時脈可達400MHz。它還結合了C2000即時控制子系統，具整合的馬達、數位電源控制功能，並符合功能安全性的ASIL-D系統級完整性。除了適用於馬達逆變器、電池管理系統等汽車應用，也可用於太陽能與儲能、電動車充電、機器人、馬達驅動等工業應用。
為了滿足汽車市場對MCU的龐大需求，TI除了繼2022年12月啟用位於猶他州的新12吋廠之外，亦將於2023年下半興建另一座新廠，預計2026年初開始量產，確保供應的可靠性。
TI一系列MCU的另一項特點是，能在統一的軟體平台上進行開發，並提供堅強的軟體支援，因此跨不同的系列或元件時，可確保無縫的軟體移植性與重複使用。
TI車用充電樁方案介紹
應用工程師Pin Tsai表示，EV充電樁可分為交流和直流兩大類型，其中交流再分為功率3.7kW以下的私人用，以及22kW以下的公共用。直流則分為3-11kW的可攜式充電器，以及50~150kW的公共快充站。
他介紹了支援L1/L2交流充電樁，並符合SAE J1772規範的 EV服務設備（EVSE）參考設計─TIDA-010071。這是一款具備超低待機功耗的隔離式交流/直流功率級，其中整合了可驅動高電流繼電器和接觸器的DRV110電流控制器，可有效降低功率損耗。
針對搭配藍牙、刷卡、或先進人機介面等更豐富功能的智慧型充電樁，TI亦有多款參考設計。例如，搭配AM335x處理器的TIDEP-0087。此外，在直流充電樁方面，則有TIDA-010054、TIDA-01606，可提供寬廣的DC輸出範圍。
以EV充電站的趨勢來看，未來，不論AC/DC充電樁都將朝更快速充電發展，至於公用DC充電站，則將進一步整合付款等更多功能，使用者介面更趨完善。
最後，他提到V2G新趨勢的發展，透過把閒置車子的電池整合至電網，可達到省電善用能源的目標。但需要採用多等級拓樸和雙向拓樸設計，有賴於更先進的電源管理控制技術。
車用低成本即時控制微控制器
資深應用工程師Wayne Huang表示，C2000是一款擁有悠久歷史的微控制器產品。最早，它是以TI強大的DSP為基礎，再進一步整合離散元件，並廣泛應用在數位馬達、數位電源控制等領域。近來，隨著汽車應用興起，C2000也開始用在盲點偵測、車載充電器、馬達逆變器及車用照明等，截至目前已有超過數十億顆出貨量的實績。
C2000擁有完整的產品組合，以新近推出的F280015X為例，除了優異效能，也重視成本控制，具備優異的性價比，能以高運算力支援低成本應用。
針對汽車市場，除了電源、動力之外，還有許多需要低成本即時控制的應用，例如空調、風扇、車門/窗控制、空氣品質監控、低成本光達等。TI能以不到一美元的價格，提供符合ISO26262車規的產品，來滿足車用市場的多樣化需求。Wayne Huang介紹了TIDM—02012 HEV/EV壓縮機參考設計，能以更低成本，實現更安靜、高品質的車用空調系統。
新世代車用類比電子元件總覽
行銷與應用經理Jin Lin表示，TI深耕汽車領域多年，致力於推動汽車電氣化的實現。在產品創新方面，TI目前已有超過7000顆通過車規的類比與嵌入式產品。在供貨可靠度方面，TI未來五年還會再興建四座晶圓廠，持續擴充產能。
隨著車用市場發展，TI亦全力投入。以其完備的類比產品，他介紹了如何利用TI豐富的網站資源，以應用面切入，來搜尋最適切的產品，網站可提供完整的電路圖與技術文件，加速產品設計。
攝影機模組用電源管理IC的架構及選用
應用工程師Jimmy Gong表示，汽車有各種核心和新興的視覺應用。核心應用包括前視、後視和環景攝影機。隨着先進駕駛輔助系統（ADAS）變得越來越複雜，自主駕駛和駕駛員監控等新應用也開始普及。
特別是，近來已開始有車廠以攝影機來取代後視鏡，或是開發後座監控應用等，意味著車內的攝影機及相應的電源管理需求也將日益提升。
他介紹了兩款攝影機電源管理IC，TPS65033x-Q1（Fedora），以及外型更為精巧的TPS65035x-Q1（Trilby），僅有3.0mmx3.5mm。其中包含了三個降壓轉換器和一個低噪音 LDO。以其豐富的產品組合，可支援從低階到高階攝影機。此外，具有擴展的功能集和故障處理能力，可作為獨立安全元素（SEooC） 實現ASIL-B合規性。面對攝影機應用常見的設計挑戰，包括空間受限、EMI、簡化物料清單、以及高散熱效能等，TI的解決方案均能克服。
最後，他說明了如何選用合適的電源管理IC，首先需確認採用的影像感測器以及所需的規格包含是否需要功能安全性，在TI網站便能輕鬆找到相對應的解決方案。
車用背光解決方案
應用工程師Roy Chou表示，近年來汽車內部的螢幕數量正持續增加，除了儀表板之外，包括副駕駛座、後座，甚至電子後照鏡等，各種顯示應用快速興起。
以背光設計方式來看，可分為全域發光（global dimming）和區域發光（local dimming）兩種。前者是把LED放置在面板側邊，LED是一直開啟的，關螢幕是利用液晶反射方式，使螢幕黑掉的方式來處理。
針對全域發光，TI有LP8864(S)-Q1，這是一款整合一個升壓或 SEPIC 控制器的四路LED驅動器。可透過 數位介面或 PWM 輸入對 LED 亮度進行控制，並提供故障回報以符合ASIL-B規範。
另一種區域發光設計，是把多枚LED排成列陣，放在面板後面，直接照射面板。由於每個區域都可進行局部控制，可顯著提升對比度。因此，即使需要的LED數量增加，成本較高，但車廠已朝此方向發展，開始取代既有的全域背光設計。
此架構在設計上，主要差異是需要多一顆TCON（時序控制器）來發送區域發光的資訊給LED驅動器。由於LED數量多，意味著驅動器多，目前業界主要採用DOB（driver on board）方式設計。
區域發光的驅動有直驅（direct-drive）和行掃（scan）兩種方式。TI的直驅方案有TCL6C5748-Q1，這是具有內部電流設置的48通道，16位元PWM LED驅動器，已獲得友達採用，開發車用螢幕，並在市場上已經量產。
最後，他介紹了兩款參考設計，分別是TIDA-020036，這是一款384區域，12吋區域背光的參考設計。XTIDA-020039則是結合了TCON與電路板設計，是完整的車載娛樂螢幕系統參考設計。關於TI智慧車用電子技術解決方案詳細，歡迎至TI官網查詢
