2024 TI 智慧汽車技術研討會 引領未來的移動革命
- 李佳玲／台北
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智慧化與電氣化風潮正推動著汽車產業的革命性轉型，特別是汽車電氣化、先進駕駛輔助系統（ADAS）和區域架構等三大關鍵領域的發展。這其中，半導體創新技術扮演了重要角色，以協助汽車系統持續發展，打造更智慧、安全和節能的汽車未來。
TI深耕汽車市場多年，已建構了完備的產品組合。在今年度的TI智慧汽車技術研討會中，特別聚焦於這些重要議題，並揭示其先進解決方案如何引領未來的移動革命，協助業者佈局智慧汽車創新應用。
車用處理器在先進駕駛輔助系統之應用
TI應用工程師David Ho表示，TI針對汽車市場開發了TDA4x SoC系列產品，具備整合精密感測與控制、邊緣AI與邊緣運算、節能、功能安全性、網路連接性，以及統一的軟體開發套件支援等特性。
TI截至目前已出貨11億顆安全MCU給汽車產業，3.5億顆的車用處理器以及1.2億顆的ADAS處理器。由於累積了深厚經驗並充分了解市場，因此將能引領、定義並滿足汽車市場需求。
現今汽車市場主要有兩大發展趨勢：大量部署ADAS技術、以及改為數據及軟體導向。未來將有更多汽車導入先進ADAS，尤其是在停車、駕駛、以及車艙內監控等各種創新應用。此外，由於汽車的ECU數量增加，需要數據在ECU之間能有效移動，推動了區域架構的發展，對於即時處理以及更具智慧的閘道器有更高的要求。
針對這兩大趨勢，TI提供TDA4系列及DRA8系列SoC，可為汽車帶來更佳的駕駛體驗，並推動軟體定義汽車的發展。透過此統一的汽車平台，以及TI提供的完整軟體開發套件，能夠協助業者加速創新汽車應用的開發。以目前新興的邊緣運算為例，TDA4x的深度學習工具可使AI演算法的部署更簡易與正確。
最後，David Ho介紹了多家合作夥伴採用TDA4x開發的實際產品，包括智慧駕駛、智慧停車、以及多重攝影機等。
車用毫米波雷達應用日益普及
TI資深應用工程師James Hsu指出，毫米波感測器的特點在於，能夠以高準確度提供偵測物件的距離、速度以及角度。與攝影機不同的是，毫米波能在黑暗、濃霧、大雨等較差的環境條件下正常運作。因此，近來毫米波已日益獲得汽車的廣泛應用。
TI毫米波技術的優勢包括：透過整合前端元件，可提供單晶片的感測解決方案、採用RFCMOS製程，具備更佳的整合性，效能優於SiGe。此外，以封裝天線形式供應，可簡化設計與製造挑戰。
在ADAS應用，TI新推出AWR2544、AWRL1432等產品，可用在前方、停車、側面雷達等設計。至於車身、底盤方面，AWRL6432可用於車內兒童感測和入侵防盜偵測，此外還有多項產品適用於安全帶提醒、腳踢尾門等各種功能。
針對ADAS雷達市場的趨勢，James Hsu表示，下一代的雷達感測器將提升25%的距離偵測、50%的角度解析度，以及30%的功耗降低，並朝1Gbps乙太網路和CANFD等不同的架構演進。
此外，毫米波雷達亦可應用在電動單車或微型交通。最後，他強調毫米波雷達將在車艙感測應用扮演重要角色，帶來創新應用。例如，雷達可偵測諸如呼吸等細微的身體動作，也能夠偵測到毯子下有熟睡的嬰兒，可有效防止意外事件。此外，雷達的強韌性更佳，能在各種照明條件下運作，不受溫度影響，而且又能兼顧隱私。
電動車充電樁及動力總成系統方案介紹
TI應用工程師Pin Tsai表示，TI是推動全球汽車充電系統標準化的CharIN協會的重要成員，我們的充電樁解決方案涵蓋高壓電源轉換、電流與電壓感測、以及邊緣處理與連接性等完整應用。。
充電樁的發展趨勢包括：更高的電池電壓，意味著充電樁必須支援250V-920V，因此需要更複雜的DC/DC設計。此外，雙向充電也是近來的重要議題，結合儲能系統設計，要求更高的電源效率。基於此趨勢，無論是CCS或NACS系統，都需遵循ISO15118標準，以提供雙向充電的V2G功能。同時，為符合消費者和充電業者的需求，電能計量功能也已成為必須。
Pin Tsai介紹多款參考設計，包括AC Level 2充電平台參考設計TIDA-010239，此參考設計著重於超低待機隔離式AC/DC輔助功率，具備高效率繼電器，支援偵測RCD（殘餘電流偵測）應用。此外，還有三相電流轉換電能計量參考設計TIDA-010243、10kW三相三級雙相逆變器/轉換器參考設計TIDA-01606、以及雙向雙主動橋式（DAB） DC/DC參考設計TIDA-010054。
在動力總成方面，就推動汽車電氣化的發展來看，涉及了四項重要技術：電池管理系統（BMS）、牽引逆變器、車載充電器（OBC）、以及DCDC轉換器。其中每一項技術都有不同的設計考量，包括電池監控準確度、高壓隔離式閘極驅動器、即時MCU控制器，以及整合式變壓器技術等。
針對OBC/DCDC，Pin Tsai指出，近來的趨勢是朝區域控制發展，把牽引逆變器和OSC/DCDC/BMU整合在一起，推升了對功能安全性和即時控制的需求。此外，除了需能支援400V和800V電池和更高電壓範圍的電池平台之外，還需能支援V2G和V2H的雙向電源功能。
對此，TI在提升電源密度、隔離式設計、即時ASIL-D控制器等各方面技術都投入許多資源，可提供完備的解決方案。同時，TI不僅是元件供應商，還專精於系統技術，可提供豐富的參考設計，協助業者縮短上市時程。因為隨著汽車電氣化的發展，新車的設計週期也逐漸縮短，這對業者來說，也是一項新的挑戰。
在電池管理系統（BMS）方面，則需要提升電池監測準確度，以支援磷酸鐵鋰（LFP）電池技術。對此TI的BQ79718-Q1 電池監控器可實現精密的電池電壓、電流和溫度量測，以有效確定車輛的實際續航里程，提高電池組的整體壽命和安全性。
TI的創新電芯電量監控及電池包監控方案
TI應用工程師Barton Tung表示，BMS正持續演進，為了簡化硬體與MCU軟體開發，已從傳統BMS移轉至智慧型BJB（電池接線盒），再朝領域（domain）/區域（zone）架構發展。
TI可針對汽車BMS提供完整產品組合，包括電池芯監控、電池包監控、固態繼電器、隔離式電壓供應、無線MCU、以及週邊介面等，均有方案可供選用。
為了提升電池壽命並最大化充電效率，電池芯的電壓量測非常重要。尤其是，LFP電池的放電曲線非常平坦，因此需要更精密的電壓量測。此外，電壓與電流的同步量測亦很重要，非同步資料有可能會導致誤差。1%的SOC誤差，就有可能造成續航里程減少1%。
Barton Tung說明了利用分流電阻以及霍爾感測器進行電流量測的原理，以及過電流偵測、溫度量測等實際應用。在產品方面，則介紹了BQ79718 18節串聯汽車類精密電池監控器平衡器和BQ79600 UART/SPI至菊花鏈橋接IC等產品。
汽車朝區域架構發展之趨勢介紹
TI資深應用工程師Roy Chan指出，隨著汽車朝智慧化與電氣化發展，汽車架構也已從過去的分散式架構朝現今的領域架構移轉，未來將改為區域架構。
在分散式架構中，一輛高階汽車中的佈線長度將大於3公里，會採用超過100個ECU（電子控制器），不僅設計複雜，還需耗費昂貴成本進行軟體驗證。改為領域架構，能夠減少15~20%的佈線，降低系統成本。其概念是在閘道器之下，依照不同功能配置領域處理器，TI有DRA821產品適用。
至於區域控制則是透過一顆整合度更、功能更強大的中央運算單元，把閘道器和ADAS運算、IVI（車用資訊娛樂系統）運算、車輛控制運算功能結合在一起，把車子分為前後側邊四個區域進行控制。
從領域朝區域架構移轉，主要是受到軟體定義汽車以及最佳化電源供應的需求所推動。據了解，目前第一代的區域架構仍是採取領域和區域的混合式設計，要完全過渡至全面的集中式區域運算架構，還需要好幾年的時間，預估要到2028年才會實現。
在現今的第一代區域架構中，中央運算單元之下會搭配多個區域控制模組（ZCM）或區域控制器，提供與中央運算和邊緣節點之間的閘道器功能，並透過將電源傳送至下游的邊緣節點或其他區域。ZCM中包含了輸入電源保護、電源管理、通訊、智慧保險絲、輸出驅動器、MCU和比較器等多種IC。TI已有完備方案，可協助業者開發緊湊且可靠的區域控制模組。
車用背光解決方案含側錄式拓撲及直下式拓撲
TI應用工程師Roy Chou表示，近年來，汽車內部的螢幕數量日益增加，包括儀表板、智慧車艙、後座，以及電子後照鏡等，顯示應用已成為提升駕駛體驗的重要一環。
針對車用背光解決方案，LED驅動器有全域調光（global dimming）和區域調光（local dimming）兩種方式。前者是把LED放置在面板側邊，後者是把多枚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，因此對比度較佳，但成本也較高。儘管如此，在高階應用趨動下，區域調光已日漸普及。
TI的全域調光LED驅動器採用升壓架構，主要有LP8864/6-Q1、LP8863-Q1、LP8868-Q1等多項產品，可支援各種通道數、最大電流、電壓範圍等規格。由於顯示器對於功能安全性的要求日增，驅動器亦提供診斷與通訊功能，以回報故障。
在區域調光方面，Roy Chou介紹了TLC696x1-Q1產品，這是16通道直驅（direct-drive）驅動器，設計簡單，2層板即可實現。
區域調光除了直驅之外，還有掃瞄方式，主要差異在於，由於LED數量多，利用多一顆TCON（時序控制器）來發送資訊。對此，TI可提供TLC696x2/4/8-Q1分時多工區域調光驅動器，以及TLC696x0-Q1掃描式MOSFET控制器。運用TI完備的相關產品以及參考設計，可協助客戶加速車載顯示應用的開發。如欲進一步了解精彩的研討會內容，請立即至TI官網下載講義或線上觀看。
