对于半导体解决方案来说，用到的半导体芯片按照功能可以分为几个部分，首先是传感部分，就是要把各种物理信号转变成电信号，比如温度、压力、雷达、图像。控制要通过执行机构实现，像IGBT、碳化硅等产品属于执行部分。除此之外，英飞凌还有电源管理、电源供电、SBC系统基本芯片。

　　本文为励展博览集团及NE时代于8月28-29日联合主办的 第二届AWC2019新能源汽车关键元器件技术大会 演讲嘉宾的现场实录。

　　英飞凌是一家总部位于德国慕尼黑的半导体公司。业务分成四块，汽车电子是最大的事业部，销售占比43%。另外三个事业部分别是IPC工业功率控制事业部、PMM能源管理以及多市场事业部、DSS数字安全解决方案事业部。这四个事业部还有IP的分享，像汽车行业，最新的发展趋势就是我们知道，行业里面软件在线更新是OEM希望达到的解决方案，当然有些OEM已经实现了，数据信息安全是非常关键的一个方面。后面我们介绍产品里面有一个加密模块来自于DSS事业部，DSS做的产品是面向银行卡、电子护照、相关要求更高的应用。这个IP也用到汽车里面，安全性是非常高的。英飞凌公司全球有超过4万名员工，我们上个财年销售额是76亿欧元，所有汽车电子产品我们排名第二，不包括赛普拉斯的收购，功率半导体器件排名第一，DSS智能卡部门排第一位。

　　对于汽车电子事业部来说，我们产品主要面向未来移动科技，为汽车提供半导体解决方案，使汽车更清洁、更安全、更智能。对于清洁来说，包括更清洁的发动机管理系统、更高效的能源管理、还有汽车的电气化。对于半导体解决方案来说，用到的半导体芯片按照功能可以分为几个部分，首先是传感部分，就是要把各种物理信号转变成电信号，比如温度、压力、雷达、图像。每个控制系统都要用到单片机，我们有不同的产品可以满足高低端的需求，AURIX32位单片机是为汽车专门开发的单片机产品。控制要通过执行机构实现，像IGBT、碳化硅等产品属于执行部分。我们也可以提供包括电源管理、电源供电、SBC系统基本芯片，英飞凌是少数能够给汽车电子提供完整方案的半导体公司。

　　接下来看一下英飞凌BMS解决方案。这是一个比较典型的BMS框图，最右边的是电芯，电芯过来之后橙色的是采样板。采集和均衡的属于从板模块，通过隔离之后和绿色的主控板进行通信，所有和安全相关的SOC、SOH都在BMU上实现。在BMS最核心的产品首先是单片机，再有就是均衡芯片，还有电源供电。针对这三个不同的功能，现在我们主推的单片机产品是TC3系列，属于第二代AURIX单片机产品，跟它配合的使用的是TLF35584。还有采样和均衡的芯片，TLE9012。TLE9015是通信的芯片。

　　汽车行业目前面临非常大的变革，主要体现在电气化。还有自动驾驶，也是目前非常热的话题。因为这两个因素的推动，汽车行业会从之前的分布式方案，所谓分布式方案就是一个系统需要一个控制器，向层级式的方案转化。橙色的框是TBOX，通过TBOX，整个车就和互联网连起来，可以和外面实现通信，可以和云端交互，我们更新的软件包也可以通过这个模块发送到这个系统。TBOX会和网关做一个连接，通过以太网。下面一层就是域控制器，未来汽车上会有几个大的域控制器，比如动力驱动车往前进或者后退，安全，数据融合，ADAS，信息娱乐系统，对于运算能力要求都是非常高的。

　　域控制器下面是小的模块，我们称为智能执行器或者智能传感单元，这些模块是执行的作用。它们接收域控制器指令，究竟做什么驱动，做什么工作完全接收域控制器的命令做执行，不会做太多运算的工作。智能执行和智能传感单元单片机需求是下降的，运算能力是下降的，可以说未来汽车电子这样的电子架构对于单片机的需求是往两头走的，域控制往高端走，智能执行部分往低端走。针对这样的架构，最理想的单片机产品是一个系列产品可以涵盖不同层，包括TBOX。如果软件能重用是最好的，包括开发工具，AURX能够能够满足这样的需求。功能安全这个概念，在汽车上也是越来越热的话题。还有Security，车辆域之间的通信还有域和智能执行单元通信都是需要加密的，如果不加密很容易受到黑客的攻击。

　　TriCore是英飞凌在1999年开发的架构，集成数字信号处理、RISC精简指令集单片机、和微控制器三个不同功能到一个模块里面。TriCore每隔两三年就会做功能改进，推出一款新的单片机，2014年推出的多核产品AURIX其实是第五代。从2005-2019年第一季度，包括TriCore和AURIX，我们的出货量超过5亿。已经有5亿个产品装到车上在跑，这个架构充分得到汽车市场的认可。全球有超过50个汽车品牌在用我们这个系列的单片机，我们的目标是零缺陷，目前还没有达到零，总的PPM大概0.5，接近0。0也是我们一直追求的目标。

　　这是我们的AUDOMAX，它是第四代，TC2是第五代，TC3是第六代。TC4概念阶段已经在做了，研发工作已经开始了，我们会在2023年推向市场。每代单片机产品都有不同的面向汽车的需求，像TC2主要面向汽车上电子电气架构。新能源出现之后，有VCU或者更高功能的需求，我们走了多核的路线系列是向域控制架构，我们推出了最多达到6核的单片机，满足域控制这一层级的运算能力要求。还有TC4系列，面向的是自动驾驶，因为从2023年开始，自动驾驶需求会更加强烈。

　　这是TC3系列单片机的不同封装形式。左侧这一列是Flash的大小，从1M到16M，封装有不同的形式。单片机的可扩展性、功能安全、信息安全、车上的网络都做了非常完善的规划。同样封装的产品比如BG292封装，可以看到每个系列都有相应的产品。这个好处是在设计封装的时候，IO是兼容的，也就是说虽然Flash大小不一样，内核数量不一样，但是封装是一样的，我们IO完全兼容，理论来说可以设计一个硬件，可以涵盖不同的运算能力和不同等级需求。

　　这是TC3产品的优势。运算能力最高端达到6个单片机内核，同时功耗是下降的。关于扩展性方面，因为内核都是TriCore系列，指令级相互兼容。客户之前开发的软件，在新的系列里面可以继续被使用。关于安全的线开发的，达到ASIL-D等级。关于信息安全，完全支持Evita标准，汽车上需要的网络我们可以实现千兆以太网，包括CANFD、Flexray, SENT等常用的所有接口都集成在里面。最后是供货安全，无论是前道还是后道都有两个工厂保证供货安全性，因为自然灾害或者某些原因，如果某个工厂不能供货，另外一个工厂可以保证供货的安全性。

　　针对现在比较热的软件在线更新问题，有不同的解决方案，第一种在下载软件的同时进行刷写，好处是成本低，缺点是速度慢，容易出问题，万一断线数据没刷完可能要重新刷。第二种是控制器上又放了一个小的存储器，这个存储器是从Gateway或者中央存储单元发过来的数据包先存过来，用户接受了，可以刷新这个软件了，通过本地的存储单元进行刷写，好处是速度快，很快就可以刷完，缺点是成本高。第三种方案，

　　我们在Flash上做硬件的设计，把Flash分成两个区，在系统下线的时候，电子模块做好了，把程序刷到A区，在后面软件发现有BUG或者需要升级，再刷到B区，下次启动的时候直接可以从B区启动，不用A区的软件了。这对于OEM来说是非常适合的，基本用户感受不到程序已经更新了，而且有一个非常大的优势就是转回到原来老的软件，假如说新的软件有其他问题，我可以回到老的软件去，前面两种方案是实现不了的。

　　内部功能集成了升压和降压的模块，有单片机供电，给待机模块供电，给ADC供电，包括两个传感器供电，给通信模块的供电。内部集成了电压监控，欠压、过压、错误监控，集成了看门狗，有两个部分，一个是时间窗，TLF35584和单片机之间可以实现数据的交互，交互的方式就是单片机可以启动一个安全的看门狗的问答，有16个不同的问题，也有针对16个不同的答案，每次回答这个问题我都要在特定的时间窗，而且要回答特定的问题才能够使TLF35584处于正常的工作模式，否则内部有一个安全状态控制器。可以启动安全通道，安全通道就是可以通过独立的一个模块使系统进入安全状态，比如把负载关掉，把负载驱动断开。按照功能来说有能源管理，还有功能安全部分，这是两个最大的模块。从右边的框图里面，在最下面当中部分有一个小的框，这就是安全通道，这个安全通道是经过特殊设计的模块，完全物理隔离，虽然是同一个晶圆，但这部分电路完全独立，耐压60V以上，如果其他部分因为高压打坏了，这部分不会受影响，可以把安全通道信号送出去，使系统进入安全状态。这是单片机内部的不同模块，每个模块都做了安全的设计，包括锁步，其他模块都是带了安全监控的功能。刚才提到的单片机和TLF35584通过SPI进行问答，如果单片机内部自检查的时候发现某个功能模块有问题，也可以告诉电源芯片，我系统已经不正常了，单片机跑飞SPI信号可能给错了，如果时钟有问题，回复答案也会超出时间窗，基本所有潜在的故障都可以通过这种形式进行监控，启动安全通道。我们有一个底层驱动的软件包SafeTlib，大幅减少客户在开发时候的工作量。

　　接下来介绍一下均衡芯片，可能很多公司不一定知道英飞凌也有电源监控芯片。相对于单片机，电源监控芯片出来比较晚。它是一个12通道监控和均衡芯片，12个监控通道中每个通道都有一个16位高分辨率ADC，是用90V汽车电子半导体工艺开发的，内部集成数字滤波器，支持广播模式，比如96串有8个芯片，通过菊花链通信连接起来之后可以在BMU发一个广播信号，96串芯片可以同时采样，采完之后做数字滤波，70Hz低通滤波，在软件里面不需要额外再去做滤波了。

　　针对全寿命范围还有全温度范围精度是正负3毫伏，可以外接5个传感器，内部集成被动均衡驱动电路，可以达到150毫安。通信是通过电容，可能很多均衡芯片需要变压器隔离，我们是通过电容隔离的，用变压器信号比较好，但成本高，采用电容隔离可以降低成本。通信速率是2Mbps，封装是48P的封装。这是TLE9015，从板通过IBCB总线，然后再送给单片机，封装也是48。这是9012的优势，我们内部集成压力传感器，采样和均衡芯片对于外面的应力非常敏感，比如把芯片焊到PCB或者PCB有些形变，都会对精度有影响，我们集成压力传感器，可以自动检测应力然后进行补偿，可以保证全温度、全生命范围正负3毫伏精度。我们采用的技术是90V半导体技术，这个工艺在其他产品已经应用了很长时间，所以这个技术非常成熟。支持内部自诊断，就是所谓的周期性自诊断，过段时间可以做一个自我检查，如果出现错误可以通过总线个ADC通道，集成了数字滤波器，因为这个原因，外部的电容可以用更小容值的电容，相对其他大电容可以减少一些成本。NTC有5个通道，内部是用电流源，4个电流源可以自动匹配，选一个最优的电流元提供电流做采样。然后是内部集成了均衡的功能。关于通信部分，我们是用电容隔离，同时通信，可以节省变压器，进一步减少系统方面的成本。

　　我们本身定位属于QM产品，在系统级可以做到ASIL-C，到明年年底会推出ASIL-D级产品，和QM产品完全兼容，只是增加了一些诊断的安全机制。16通道产品因为我们在市场上有一个趋势是高压，很多OEM在研究高压系统，最高达到700、800V，多通道芯片也是一个趋势。