汽车电子：半导体产业下一波发展的助推力

发布时间：2010-08-03

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       在汽车技术的革新中，70%来自，而汽车电子产品在汽车中所占的比重已达到四分之一以上，为了满足安全、舒适、节能以及智能化等创新需求，汽车搭载组件的比例正在逐年增加。全球每年汽车总产量已超过6500亿辆，以半导体组件的需求为例，根据Strategy Analystics的统计，2004年全球车用半导体的市场规模达133亿美元，较2003年的122亿美元成长了9%，随着汽车电子的迅速普及，机械式组件已经慢慢被半导体组件所取代，半导体技术将为汽车提供更为智能化以及安全的驾驶环境，预计2008年全球车用半导体的市场规模将突破180亿美元。因而，汽车电子被喻为引领半导体产业发展的新方向。

       车用微控制器需求持续成长

       根据Strategy Analytics的分类，动力传动系统（发动机控制、动力转向）、底盘控制系统(制动、循迹防滑控制系

统、方向控制、悬挂系统)、安全系统(安全气囊、ABS/稳定性、线控安全等)、车身控制系统 (开关控制、电动车窗控制、车门控制、前照灯控制)、保安系统(遥控车锁、入侵警报、无源遥控开锁)、信息娱乐系统（娱乐、服务、移动通信、信息处理、GPS导航系统等）六大项，当中使用到的半导体组件包括微控制器、微处理器、传感器、模拟及逻辑组件、电源、显示器等等，而在这些琳琅满目的汽车电子组件中，微控制器扮演着最核心的角色。

       目前一部中档汽车采用的MCU数量大约是40至50片，而高档车型可达到80甚至100片之多。在产值部分，根据IC-Insights统计， 2004年全球车用微控制器市场约为44.7亿美元，估计到2008年将达到66.2亿美元，年复合平均成长率为13%。表1所示为目前车用微控制器的主要应用领域，8位和16位MCU因其成本优势占据着车用微控制器市场的主导地位，而32位MCU多用于高档车型。可以看出，随着汽车电子系统的功能需求日趋复杂，车用微控制器也一路从低端向高端演进。

        8位微控制器应用领域: 车内空调系统；电动窗；电动座椅；电动照后镜

       16位微控制器应用领域: 防滑煞车系统；车身稳定控制；安全气囊系统；引擎控制单元；车速控制；个人化座椅、照后镜记忆控制；个人化广播电台记忆；智能遥控车门开关

       32位微控制器应用领域:  驾驶者信息系统；多媒体系统；娱乐系统

       64位微控制器应用领域: 车用蓝牙无线传输；车用802.11无线传输

       资料来源：工研院IEK-ITIS计划(2005/02)

       目前16位MCU正取代8位MCU成为车用MCU中增长最快的器件，16位MCU也完全可以支持已经被认可的CAN/LIN车内网络总线协议。例如，飞思卡尔新推出的16位MC9S12X MCU，基于该公司的HCS12架构，面向CAN总线网络和车身控制等汽车多路应用、仪表板、车门和底盘节点。据飞思卡尔称，该芯片具有32位MCU的性能，同时又保留了现有16位MC9S12 MCU系列产品的低成本、低功耗、低EMC和高代码尺寸效率等优点。

       还有瑞萨增加了24款符合汽车和工业设备市场需求的16位R8C/Tiny系列闪存MCU，分为六大系列_48 引脚的R8C/20、R8C/21、R8C/22和R8C/23，以及，52引脚的R8C/24和R8C/25。其中R8C/22和R8C/23系列提供了CAN接口，且所有系列都提供LIN接口的功能。Maxim推出了16位MAXQ20 车用MCU，Maxim汽车业务部的业务管理执行总监Kent Robinett介绍说，MAXQ20采用了基于RISC的MAXQ内核，仅在电路需要时钟信号的瞬间提供时钟信号，降低功耗的同时也最大程度的减少了时钟噪声对敏感的模拟电路的影响。这款芯片集成了12位的ADC和DAC以及128kB闪存，使用CAN2.0B接口和4线SPI接口访问汽车外设。
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       高性能32位MCU在领域的应用也在迅速扩展，今后会成为汽车动力系统、安全控制、多媒体信息娱乐的主角。除了基于Power PC的MPC系列以外，飞思卡尔发布了首个基于ARM架构的MAC7100 32位微控制器MCU系列，其需求重点是车身、底盘和安全性能。飞思卡尔强调采用ARM架构的好处是可以充分利用现有的标准工具来缩短设计周期， 32位MAC7100 MCU系列支持多种汽车电子系统的复杂设计需求，包括温控系统、气囊以及电动辅助转向器。瑞萨也发布了集成CAN总线接口和1.5MB大容量闪存的32位微控制器SH7059，此芯片可实现引擎控制的精确操作，是目前瑞萨高性能闪存MCU产品线上的主力产品。

       另一方

面，DSP也在越来越多地进入汽车领域。TI (上海)有限公司的安慧涛表示，面向汽车信号处理应用的DSP应具备很宽的性能指标，比如TI的TMS320C2000x系列DSP具有类似MCU的外设集成，同时也可以在汽车级别的-40到+120℃的环境中工作，适合制动、防盗、安全气囊以及电子助力转向等应用，而TMS320C5000x系列可以满足高性能密集计算，例如车载免提音频系统。

       车内网络总线不断扩展

       车内网络系统用于连接汽车中的各个电子控制单元，总线是其关键所在。已经被广泛认可的CAN/LIN总线正在得到有效部署。在今天的汽车中，车身和动力传送系统都连接到CAN总线上，并借助LIN进行外围子系统的控制。远程信息处理和多媒体音视频传输，这些都可由基于光纤的MOST协议来实现。如今另一种新兴的总线FlexRay已经引起业界的广泛关注。

       FlexRay通信技术不但为汽车应用提供了高速（10Mbps）且可靠的数据传输，而且可实现容错分布式系统。该技术在汽车中的部署和应用主要依赖于具有成本效益的合适的产品。目前，飞利浦、英飞凌、瑞萨等公司都已经加入FlexRay联盟，而且这些厂商正在积极推出支持FlexRay总线的产品。飞思卡尔发布了可与其16位和32位MCU无缝接口的FlexRay协议控制器 MFR4200。而飞利浦推出了首个车用10Mbps FlexRay总线驱动器—TJA1080，可同时支持总线和星形网络。飞思卡尔将在其MPC55xx 和MAC7x00等系列汽车电子产品中集成FlexRay协议引擎。而飞利浦也将在其ARM7 SJA20xx和ARM9 SJA25xx等汽车微控制器解决方案中集成FlexRay功能。两家公司还宣布将共享FlexRay协议引擎设计和基于系统C语言的软件模型，以保证各自的FlexRay器件产品的兼容性。

       瑞萨将在其车用MCU中使用Robert Bosch公司的FlexRay通信控制器IP，目标是在一个封装中实现完整的FlexRay系统解决方案。瑞萨半导体管理（中国）有限公司汽车电子行销中心总经理崛田慎吉表示，对于车内网络，瑞萨的闪存MCU大多提供CAN和LIN接口，对于线控安全和FlexRay，瑞萨亦积极推进汽车标准的制订以及标准的实用化。瑞萨在2004年加入了汽车开放系统架构（AUTOSAR）组织以及日本汽车软件平台和架构（JasPar）组织，这两个组织致力于为汽车控制系统制订标准化的软件和模块接口。

       车载信息娱乐市场兴起

       汽车电子领域最具吸引力且成长最快的部分为车载信息娱乐系统（ Car Infotainment System），目前北美是CIS最主要的市场，根据Frost Sullivan统计，2004年北美地区娱乐及导航系统的营收达26.43亿美元，较2003年成长四成左右。欧洲和亚太地区发展虽然相对较慢，但市场成长潜力也不容小觑。消费者对车内信息沟通与影音娱乐的需求是驱动这一产业快速成长的重要因素。信息娱乐系统将占有汽车电子市场的最大份额。 #p#副标题#e#
       以DVD为基础的多声道环绕立体声后座娱乐系统、免提无线电话、驾驶员信息系统（路况信息、交通信息）、卫星导航、高品质音频播放系统等等均逐渐被应用在汽车内。具备上述这些功能的车载信息娱乐系统也成为汽车提供商竞争的焦点所在。

       飞思卡尔携手IBM等公司开发了基于其760MIPS MPC5200处理器的MobileGT Total5200设计平台，该平台定位于远程信息处理和驾驶员信息系统应用，其上可以集成语音识别、无线通信、导航、远程信息处理、广播和因特网连接等技术。Metrowerks也推出了MobileGT Total5200的Linux板支持包(BSP)，支持从板组装、Linux内核级调试到应用生成及测试的全开发过程。并且提供Linux BSP的免费下载。面向下一代的车载信息终端产品，瑞萨引入了3D图形引

擎CPU和特殊视觉效果功能，推出了针对汽车3D图形导航应用、3D远程信息处理接口以及3D娱乐系统平台方案。

       汽车音频娱乐产品比重占到车载信息娱乐市场的一半以上，在这一领域内飞利浦半导体拥有相当高的市场分额，飞利浦半导体全球汽车市场销售副总裁Drue Freeman表示，目前全球每三部汽车中就有一部采用了飞利浦半导体的汽车无线电芯片。飞利浦的TEF690x系列单片模拟汽车无线电解决方案提供了完整的前端调谐和模拟信号处理功能，比双芯片解决方案的系统成本低出20%到30%。采用大容量闪存和硬盘驱动（HDD）构成的车载音频播放器方案也值得关注，例如飞利浦半导体的Nexperia系列的最新音频处理器PNX0106，以及瑞萨的SH7760 MCU，两者都可实现MP3播放功能。

OLED进入车用显示领域

       随着卫星导航以及车载影音娱乐需求的兴起，汽车安装显示器的比例正在明显提升。2004年全球约有16%的汽车拥有显示器，即达到1080万台，比上年增长了33%。预计未来3-5年车用显示器出货量仍可维持19%的年增长率。

       车用显示器主要用途为行车导航以及影音娱乐两大类。目前所使用的显示器高达90%是TFT-LCD，STN-LCD仅占5%，且比重仍在下滑中。车用显示器皆强调对诸如温度、湿度、振动、强光等外界环境因素的适应能力，此外对亮度、视角、反应速度等方面要求也更高，而不同显示技术在性能表现上各有其优缺点。例如TFT-LCD的寿命、分辨率优于有机发光二极管(OLED)和真空荧光管显示器（VFD），然而在视角、反应速度及薄型化方面，OLED表现更胜一筹。因此车用显示器将朝向多元化发展，而非仅局限于TFT-LCD。

       OLED进入汽车市场的步伐才刚刚迈开，其应用仍主要集中在汽车音响以及仪表盘照明系统，对比度高及无视角限制是OLED的最有利之处，大规模量产化将推动OLED成本明显降低，从而抢占TFT-LCD的市场份额。例如，悠景（Univision）开发了一种独特的仅需要1~2个驱动器的PMOLED面板，与大部分需要多个驱动器外加一个控制器的解决方案相比，成本得到了有效节省。