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2004年是中国汽车市场发生深刻变化的一年。以国际汽车发动机研发中心向中国市场转移为契机，预示着中国汽车整车零部件(特别是ECU等核心部件)的本土化水平和技术创新水平有望大幅度提高，中国汽车电子市场国际化的进程将迈上新的台阶。新的变化促使我们以全球化的视野去看待中国汽车电子市场的发展水平。 目前，中国汽车电子厂商在核心技术上的经验积累和资金投入上还面临巨大的困难。TI公司的专家认为，目前中国最缺乏的是了解汽车工业且具有丰富的设计、应用和验证经验的汽车电子工程师，因此，在ABS和ECU的本土化方面仍然面临很大的挑战。飞利浦半导体全球汽车市场和销售副总裁Drue Freeman说：“许多中国汽车电子公司的基础很薄弱，研发经验还很不够，目前还需要我们提供培训。” 上海新代的ECU研发经理赵和平表示，除了电动助力系统(EPS)，中国在ECU领域5年内将没有机会。据深圳航盛研发中心的饶先生透露，ABS和ECU的研发试验成本太昂贵、研发周期太长是中国汽车电子行业难以进入的关键原因。TCL的汽车电子部的韩大平高级项目经理对此表示赞同，他认为利用品牌和消费电子的技术优势进入汽车电子更容易得到认可，太难的项目他们暂时不上。图1所示为汽车重大项目的研发周期示意图。 从上图可见，相对而言软件研发的周期最短，难度相对较低，因此，目前中国企业研发汽车电子系统的做法是接受委托开发，在硬件系统集成或自主开发硬件的基础上，按照用户的要求进行软件开发，产品包括：车载视听设备(包括DVD、MP3等等)、GPS导航/电子地图、安全防盗、车载网关和电脑系统、有线/无线倒车雷达、行驶记录仪和安全监视系统、电子指南针、胎压监测(TPMS)、电动助力/电动门窗等等。深圳棋港电子有限公司技术总监/首席产品发展经理颜重光认为，在这些产品当中，TPMS、汽车防盗系统和无线倒车雷达三合一系统是安全和防盗领域的发展趋势。 在新兴的“绿色”汽车领域，包括燃料电池汽车、混合动力电动汽车和纯电动汽车，由于受到国家产业政策的扶持，中国已经有200多家企业、高校和科研院所，总计2000多名科技人员研发各自的电动汽车产品。2008年奥运会是“绿色”汽车市场启动的契机。 iSuppli的统计表明：中国汽车电子主流产品是CD机、磁带播放机、ABS、安全气囊、机械控制的空调、遥控门禁系统和电动门窗。随着高中档轿车电子系统配置向中低档轿车转移，经济型及以下汽车市场将是中国汽车电子市场竞争的主战场。飞思卡尔亚太区汽车电子市场总监杨飞说：“提高燃油效率和排放标准以及车身电子控制等需求是推动中国汽车电子市场快速发展的主要动力。”Microchip公司远东地区市场经理Chris Appleton认为，中国汽车电子市场在5-7年内将持续快速地发展。 迅猛发展的市场刺激了对汽车半导体器件的巨大需求。iSuppli预测2007年前中国汽车电子市场半导体器件需求状况如图2所示，中国汽车半导体市场需求预计将占全球的10%，汽车音响、ECU、ABS、仪表板、底盘与安全系统、车身与防盗系统市场需求看涨。 本文结合多家市场研究机构对全球汽车电子市场的分析或预测，从车载信息娱乐电子系统平台、车载电子系统内外的互连、汽车主动安全、汽车LED照明和汽车电源管理等五个方面，以产品和技术为主线并结合汽车半导体专家的观点，说明汽车半导体领域的新技术和热点，帮助中国汽车电子工程师把握成长性最快的汽车电子市场及其发展机会。 车载信息娱乐电子市场成长最快 市场研究机构Frost & Sullivan分析，车载信息娱乐电子市场规模的扩大过程将伴随着以音频和娱乐为主的市场，向以视频和信息沟通为主的市场转变。在市场转折时期，车载娱乐电子市场竞争将聚焦于音频播放器和低成本娱乐电子设备，高质量模拟汽车无线电的市场依然将存在下去。采用DSP和软件无线电技术，以及把RF、收音机和音响集成的技术，将进一步提高车内的听觉品质。采用大容量闪存和HDD构成的车用便携式MP3和车内多声道环绕立体声音响方案值得关注，例如，飞思卡尔的Amadeous媒体处理器以及Onyx DSP系列环绕立体声系列方案。 飞利浦半导体公司预测，基于DSP的汽车软件无线电产品到2007年将占全球50%的市场，其现有电子单片模拟汽车无线电解决方案使汽车无线电制造商通过单一平台就能为亚洲、欧洲和美国市场服务。目前，Philips在该领域占全球市场20%的份额。飞利浦的Freeman说：“借助于在中国的合作伙伴EDAL公司提供的参考设计，中国汽车收音机企业能够以顶级技术水平快速进入国际市场。” 尽管汽车音频产品市场还会持续增长，但是，IMS Research分析家认为，全球市场规模不会超过车载电子市场的60%。他们预测，车载信息系统和驾驶员信息系统(DIS)将是增长最快的市场，预计到2010年将分别占车载电子市场的47.6%和22.8%。随着便携式导航设备的增加，将便携式电子产品直接嵌入汽车将是最受欢迎的消费方式。深圳美赛达公司的工程师认为，便携式GPS必将对车载GPS导航系统后装市场产生深刻的影响。 瑞萨科技的专家认为，中国将出现导航系统与汽车信息系统融合的趋势。目前，美国市场的车载信息娱乐电子主要包括远程信息娱乐系统和基于电子地图的导航功能；日本市场电子地图导航功能已经变成标准配置，正考虑引入具有3D图形和特殊视觉效果的功能。在3D导航应用领域，瑞萨科技推出了针对汽车3D图形导航应用、3D远程信息处理接口、3D娱乐及类似应用的系统平台方案。中国市场与美日欧的差异在于：中国汽车电子厂商将根据高中低端市场需求分别推出具有成本优势的车载信息娱乐电子产品。 市场调研公司ABI Research认为，中国目前GPS应用主要在营运车辆的监控和反盗窃方面。但是，预计到2009年，随着导航卫星、车载导航设备商业化应用环境以及卫星导航应用标准的成熟，车载导航系统将在中国被家用轿车拥有者更加广泛地接受，市场规模将急剧扩大，产品价格也会显著下降。棋港电子的颜重光说：“GPS+E-Map在国外应用十分普遍，在中国需要进一步降低零售价和需要电信运营商的支持才能普及。”因此，我们分析认为，随着视频播放器、LCD显示器、导航、信息通信以及免提电话等各种技术逐渐向汽车领域渗透，具有GPS导航功能的车载信息娱乐电子系统平台是国际半导体方案提供商竞争的焦点之一。飞利浦的Freeman对此表示赞同，他说：“越来越多的司乘人员追求与居家一样的信息娱乐感受是车载信息娱乐电子市场快速发展的动力。” “车载信息娱乐电子(Telematics/Infotainment)是一个成长最快的市场，”飞思卡尔的杨飞说：“mobileGT平台(MPC5200)就是全球车载信息娱乐电子系统中应用最广泛的平台, 它同时能支持免提系统、导航、汽车娱乐系统、驾驶员信息系统(路况信息、交通信息等等)、防盗系统、防撞系统、报警系统和乘客检测系统等功能。GM OnStar的车载信息系统就是一个很好的成功案例。”在北京AES展览会上，韩国汽车电子制造商Hyundai Autonet表示将在下一代NAVI系列3D导航系统中采用飞思卡尔基于PowerPC的MPC5200。图2所示为Strategy Analytics预测的全球汽车电子系统成长性的示意图。 目前，飞思卡尔与富士通微电子正在合作开发集成的车载组合导航系统、信息娱乐系统、DIS和工业控制应用的平台解决方案。功能丰富、高端的导航和DIS有助于促进跟踪定位技术的继续创新。此外，飞思卡尔还携手Metrowerks推进Linux在汽车娱乐电子系统的应用，其硬件采用飞思卡尔面向汽车应用领域的mobileGT架构和Total5200开发平台，以Linux支持包(BSP)对平台软件开发环境进行优化。Metrowerks Linux BSP的特长在于创建多种多样的联网汽车产品，集无线、图形、音频和GPS技术等特性于一体。此外，ADI公司针对远程信息处理系统与车载娱乐系统的集成需求，推出的Blackfin平台(CTP)通过将远程信息处理任务集成到单个处理平台上来减少远程信息处理系统的成本、尺寸和开发时间。TI基于DSP的开放多媒体应用平台(OMAP)可用做汽车导航和车载娱乐电子的嵌入式系统平台方案。 车载导航仪SoC是先进微电子技术发展的必然结果。东芝公司利用90nm工艺DRAM技术生产的车载导航仪SoC基于Windows CE操作系统，对CPU内核、三维图形处理电路、用于帧缓冲的32Mbit DRAM、PC总线接口等外部电路进行了单芯片集成，内置的3D图形电路采用了家用游戏机PS2微处理器和图形芯片的关键技术设计而成。专家指出，SoC耗电量高，在封装和散热上面临巨大的挑战。 除上述半导体方案之外，美国风河系统公司倡导通信业务共同体(COMET)协作计划开始发展车载信息娱乐系统的标准，通过利用各加盟公司提供的先进应用软件，为广大客户提供集成化嵌入式系统解决方案。Telematics市场研究公司认为，车载娱乐电子的发展潜力比车载安全保障系统的潜力还要大，车载视频通信业务是车载远程信息通信业务的自然延伸。为了使用户不必在车中堆积大量的DVD或 CD碟片，利用无线互联网和存储技术，例如Wi-Fi和HDD技术，可以无缝地将多媒体内容下载到汽车之中，汽车后座视频娱乐系统有望进入无线和互联网时代。高密度硬盘和存储器的需求因此将走高。 电子系统互连的关键是抑制EMI和控制成本 随着汽车内电子系统的增加，互连线缆的数量将成倍增长，例如，高档轿车中的线缆已经达到2,500米，连接器数量已经超过3,000个。密集的线缆和触点可能引入严重的EMI(电磁干扰)问题，这是汽车电子应用中一个重要的研发课题。“统计表明，90%以上的辐射电磁干扰源是汽车中大功率机电产品，包括点火、发电、整流和小电机，屏蔽是抑制辐射型EMI的主要措施。” Ansoft公司资深应用工程师夏磊博士说：“中国工程师面临的困难是-在解决汽车EMI问题时-初始设计经验不足。” Memec公司中国/香港区域经理Sam Yiu说，随着车身电子和控制网络的增加，收发器市场需求很大，但是，众多收发器却是EMI的重要源头。控制汽车电子系统中辐射型和传导型EMI的方法有多种，包括在芯片级控制辐射、在线缆级控制传导和采用无线互连技术等等，如下所列： - 飞思卡尔提出智能分布控制器(IDC)技术，将MCU与采用SMARTMOS技术实现的功率控制器件集成在一起，构成多芯片模块(MCM)，通过降低控制模块的体积、减少触点和PCB占位空间，从整体模块上降低EMI。TI公司是根据LIN 2.0标准控制LIN总线压摆率，并在其TPIC1021收发器输入端增加滤波器来降低LIN总线上所造成的射频干扰，从而提供最大的抗电磁干扰能力。飞利浦半导体利用SOI和A-BCD3工艺，通过对CAN总线收发器的全新设计在芯片内部抑制EMI，从而在复杂的网络架构中无需采用屏蔽电缆和电感，有效地节约了成本。安迈半导体公司(AMIS)的产品经理Jan Polfliet表示，他们采用高压混和信号技术抑制汽车电子模块和集成电路引出的EMI问题。
- 线缆连接方面，如何正确选择连接器和传导媒介对解决汽车电子系统设计中的传导EMI至关重要，特别是在车载信息、娱乐和通信系统的一体化设计领域。为此，TI公司推出针对车内娱乐电子设备互连的、基于铜线传输的TSB81BA3 1394b芯片，并且为IEEE1394a、IEEE1394b和IDB-1394标准提供了半导体解决方案。目前，业界担忧的是铜线传输的EMI性能能否达标的问题。
一些公司提出采用无源光纤(POF)作为传输媒介。IDB-1394规范提出了利用POF或铜线在18米的传输距离内实现100Mbps数据率的目标。目前，欧洲的ERTICO组织、日本的EpoC、汽车多媒体接口协会(AMI-C)和IDB论坛(智能数据总线)正在着手建立规范以鼓励汽车制造商和供应商考虑在汽车电子市场中使用新的标准。 - 采用无线互连技术可以减少线缆总长度、控制互连成本并减少线缆引入的EMI问题。意法半导体公司在Blue HFCK车载免提蓝牙设计中，采用先进DSP技术实现回音消除、噪声抑制及强化语音等。车载蓝牙技术的关键挑战是建立一个稳定的车内短距离无线接口。
ABI Research预测未来几年蓝牙在汽车领域的渗透率将稳步增长，到2011年全球市场规模将达到200亿美元，发展动力来自蓝牙手机在汽车中的应用以及经济型车对免提电话和无线喇叭的需求。为了实现车内电子设备的无线互连，无线前端选择装置中SAW滤波器是必不可少的器件。在车内温度高达125℃的环境下，对于功耗要求较低的场合，如RKE汽车控制系统及TPMS产品，Austriamicrosystems的发送器芯片AS3977具有多通道窄带RF发送器，数据传输可靠性高，支持FDMA和TDMA模式，传输距离达一英里，可用于短距离数字无线电发射、遥控产品、无线报警系统、远程仪表及低功耗远程测试仪器的无线互连。 - 面对蓝牙无线互连、控制器局域网络(CAN)与通用串行总线接口应用的增加，迫切需要解决多互连标准之间的转换问题。为此，美国国家半导体推出了CP3000连接处理器，目标是将汽车内的电子装置连接一起，使厂商可以在最短时间内开发远程信息处理系统。Xilinx用于汽车领域的FPGA和CPLD提供了灵活的通信和连接内核以及多种参考设计。Enea公司的汽车电子专家Nicklas Gustafson表示，在软件层面中，OSE链路处理器工具是将各种媒介互连节点，包括CAN、LIN或MOST连接起来的最佳工具。
随着智能交通系统的发展，市场研究机构ABI Research认为802.11p有望介入面向汽车的通讯基础设施市场，从而实现汽车与汽车之间、汽车与路边基础设施网络之间的无线互连。深圳世强电讯有限公司副总经理曾强认为，随着中国高速公路里程的急剧增长，基于无线技术的、区域联网的智能收费站网络及无线收费卡的市场前景非常广阔，由此将对RF收发器产生巨大的需求。 除了采用无线和高速有线互连方案之外，在电子系统内互连方面，LVDS接口使用更少的线缆和元器件，系统内互连的成本更低。Maxim提供大量用于LVDS、CAN和LIN的混合信号解决方案，以及用于车内传送基于MOST、MOST II、LVDS或其他总线协议的高性能音频和视频数据传输方案，且具有极低的EMI辐射、极低的热量、噪声和电路复杂度。美国Maxim汽车事业部执行总监Kent Robinett说：“随着OEM厂商推出更多的汽车电子控制单元(ECU)，我们将致力于提供极低EMI的配套解决方案。” 多种技术挺进汽车主动安全领域 随着图像采集和处理技术的发展，汽车摄像系统可用于道路分离报警和引导、司机睡意探测系统、道路障碍传感设备、智能气囊部署、盲点探测相机(前、后、侧)和通用安全及驾驶安全设备。目前，中国已经开始采用图像技术研发主动安全系统，Memec公司的Sam Yiu说：“中国在一些营运车辆上已经安装这种系统，未来的市场机会和发展空间很大。” Strategy Analytics预测，全球汽车摄像芯片市场到2008年有望达到7百万片或4千万美元的市场规模，从2005年到2010年，汽车摄像机市场年复合增长率将达到100%，市场倍增的主要动力是高档轿车主动安全系统中多点图像监控的需求，特别是驾驶员磕睡/分心监测系统以及盲点探测的需求。 OmniVision Technologies公司专用于汽车的图像采集方案OV7940采用其专有的OmniPixel技术。该产品可用于各种驾驶员辅助驾驶产品，满足汽车电子委员会AEC-Q100标准，并通过了预处理、湿度测试、高温循环、机械测试、光学及电气测试。Micron Technology公司则采用其特有的TrueSNAP(快门节点主动像素)球形快门技术，为汽车主动安全市场设计了采用球形快门(同步总像素曝光系统)、增强了近红外敏感度的MT9V022，可用于低成本嵌入场景处理设备。 在汽车夜视系统应用中，欧司朗光电半导体公司将薄膜技术用于红外元件，开发出第一代850nm红外发射二极管(IRED)。采用薄膜技术可实现芯片顶部发射由器件内部产生的所有光线，其发光层很薄且接近表层，因而几乎没有光线能从侧面逃逸，这意味着其辐射输出强度与芯片的面积成正比。欧司朗新型IRED的波长比发射光线波长为880nm的常规IRED更接近可见光(400到780nm)，因而适用于汽车夜视系统、车内不可见光照明、停车场视频辅助监控和交通流量及速度测量等领域。为了满足多点探测和汽车夜视系统的需要，SMaL Camera Technologies公司提供的全球第一个汽车安全领域专用ACM100摄像方案采用了Autobrite自适应动态范围控制技术，具有卓越的近红外灵敏度和极低的光灵敏度。 需要关注的是，汽车摄像机及其配套的图像处理软件技术仅仅是汽车主动安全领域的一个发展方向。雷达、激光、超声波和热成像等技术也开始挺进汽车主动安全领域。由图3可见用于汽车的主动安全技术一览表。 汽车电源管理器件将采用高低压混合集成工艺 汽车电子设备的快速增长对电源管理系统产生了巨大需求，根据Strategy Analytics公司分析，到2009年全球汽车电源市场总需求将接近220亿美元，其主要发展动力来自动力总成、安全系统、车身控制和信息娱乐电子系统的快速发展。在汽车电源管理领域，需要关注下列技术发展趋势： - 在标准CMOS工艺中集成高低电压电路
目前，汽车系统中所有与显示、音频和激励器有关的电路都需要高电压供电，有些集成电路可能直接与蓄电池相连，因而要承受高达40V的电压，控制发动机的功率晶体管驱动器甚至需要处理更高的电压。与此同时，汽车对信号处理功能的需求也在飞速增长，而这类芯片却要求采用亚微米工艺技术，并工作在低压环境。因此，汽车电源管理面临的挑战是如何在标准的CMOS工艺中同时集成高电压和低电压元件，例如，40V电路包括驱动器、负载调整器、感应元件和高性能模拟电路等，而低电压元件包括嵌入式闪存、微控制器和其它数字逻辑电路等。为了在亚微米CMOS工艺的基础上开发专用的高电压器件，采用标准工艺步骤设计高电压晶体管是一个发展方向。 为了把模拟、分立、电源MOSFET集成在一起，安森美开发了一种将双极CMOS工艺和驱动器件用的DMOS工艺结合在一起的创新制造技术。飞思卡尔则开发了SMARTMOS技术，它能够将MCU、模拟器件和大功率分立器件集成在一起。意法半导体的VNH3SP30专用全桥电机驱动器采用了VIPower技术，允许在一个芯片内集成一个功率场效应MOS晶体管和智能信号/保护电路。 - 超低电流突发模式软启动
汽车防盗和娱乐电子系统通常需要在突发模式下工作，无论负载突增、突降或冷车起动时，都要求电源管理系统处于待机状态的的静态电流保持在100μA以下。凌特公司连接高压电源的500kHz降压型开关稳压器LT1977具有超低静态电流，因而能够获得更长的电池寿命。Microchip利用nanoWatt专利技术，可为系统设计者提供极低休眠电流以及快速启动振荡器，可支持低功耗系统设计。超低电流突发模式软启动是汽车防盗和娱乐电子系统应用领域电源管理的关键技术。 Maxim的Kent Robinett认为，随着车身电子控制单元(ECU)的增长，汽车缺电问题将越来越严重，线性调节器已经不能够满足汽车电子对电源系统的需要，许多ECU将采用开关电源供电，并且在停车状态还要维持极低的耗电。他说：“ Maxim/Dallas将提供满足这些需求的理想解决方案。” 随着汽车中车窗升降机、座椅调节器和直流电机控制器等大功率控制应用的普及，汽车制造商为了降低能耗，必须对所有电子系统的能量消耗进行仔细评估。全新的低RDS(ON)功率MOSFET的通态耗能很低，因而是提高电源系统效率的关键器件，其应用包括娱乐电子系统和提供更佳道路照明的HID系统等等。飞兆半导体的多芯片智能开关技术可满足线路板空间和低功耗等其它系统约束条件，满足感性和阻性负载控制、内部加热和冷却风扇、点火线圈及智能开关、雨刷电机、电子悬架、座椅位置调整、头灯和车窗升降等应用需求。 此外，在汽车电子的大电流控制应用中，例如电动助力系统(EPS)、14V综合起动器交流发电机(ISA)系统和先进的交流发电机整流等应用，IR公司有55V汽车电子HEXFET功率MOSFET-IRF3805S-7P和IRF1405ZS-7P，这两种器件可分别提供连续电流160A和120A。目前，汽车电源仍以12V为主，随着车上电子设备的增多，预计到2010年将有10%的汽车采用42V电源，MOSFET和IGBT等器件的应用将日益普及。 高亮度LED在汽车的应用开始启动 LED比白炽灯优越之处在于：寿命长、响应速度更快、具有更高的能效和更强的抗震性能。采用高亮度LED作为刹车灯或转向灯，邻近司机将有更多时间和更长距离对闪烁信号做出反应，从而减少意外事故的发生，提高汽车行驶的安全性。 目前，LED在汽车上的应用主要受制于配套驱动器件和电路板的成本，相比而言，采用灯泡照明的价格优势还很大。在汽车LED照明应用中，中国工程师感到困难的问题在于汽车专用LED的价格太高，驱动方案的低成本设计存在瓶颈，用户不愿意为此增加成本负担。 尽管中国市场经济型车的车灯还是以白炽灯为主，但是，在高位刹车灯和一些运营车辆中已经开始用红光LED代替白炽灯。LED应用呈现稳步地向汽车尾灯和高位刹车灯市场渗透的趋势。随着汽车中使用更多的二极管，一个庞大的汽车LED电子灯市场有望在中国形成，伴随而来的是对LED驱动芯片市场的巨大需求。目前，意法半导体、三洋半导体、Maxim、美国国家半导体、凌特、TI、飞兆半导体等一批公司提供LED驱动芯片解决方案。 在LED领域，Lumileds和欧司朗是两家正在从事100流明级LED灯设计的半导体公司。目前，Lumileds的新型红光、橘红光和琥珀光Luxeon III LED的辐射量分别达到了140、190和110流明，工作在200mA时寿命为2万个小时，远远超过白炽灯的寿命，Lumileds的Steve Landau表示：“对汽车行业来说这是一个重大的里程碑，表明LED性能已经满足了尾灯标准的要求。”欧司朗采用大功率白光Golden DRAGON系列LED设计的直线形日光灯工作寿命已经长达5万小时，因此有助于提高整个车灯的使用寿命。 飞利浦与Lumileds合作开发的汽车模块化LED照明方案，利用了飞利浦的汽车照明电源设计和集成技术，模块将简化LED照明设计，加快汽车制造商采用LED固态照明解决方案的进程。Visteon公司认为，随着LED照明技术的创新和发展，汽车LED照明将在头灯应用展开，并向车内照明发展，从而给司乘人员带来全新的舒适感受。 随着LED制造商与半导体方案提供商日益密切的配合，Veeco公司预测2005年高亮度LED在汽车电子市场的应用将启动。iSuppli的统计表明，2004年汽车应用占高亮度LED市场总量的30%。随着LED厂家不断改善光输出量，汽车照明对高亮度和超高亮度LED的需求将持续增长，如图4所示。 此外，安捷伦科技公司和Lumileds推出的中等功率发光二极管产品Envisium Power表面封装LED，主要应用于中央高位刹车灯、前转向灯、车后组合转向灯、尾灯和刹车灯、反光镜转向信号指示灯等汽车外部照明，以及仪表盘、中央控制台和导航及音响系统等的背光照明。
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