汽车电子与传统电子的区别

汽车电子与传统电子的区别

顾名思义,汽车电子是一种特殊的电子产品,专门设计用于汽车环境(例如汽车发动机舱、油箱或变速箱当中的各种传感器),以及与汽车相关的其他应用,例如车机(carputer)——我们将在本文稍后对此进行讨论。

 

由于与“传统”电子产品相比,汽车电子旨在用于更恶劣的环境,因此业界将其设计用于并因此将其定级为在比传统(通常称为商用级)电子更极端的温度范围内工作。

 

通常,诸如电阻器、运算放大器和微控制器的许多电子元器件是以几种不同温度等级制造。虽然业内没有标准来定义哪个温度范围与哪个特定温度等级相关,但根据维基百科所述,以下列表所包含的等级“广为大众所接受”:

 

    • 商业:0℃至70℃

    • 工业:-40℃至85℃

    • 军用:-55℃至125℃

 

此外——也许也是由于业界缺乏温度等级定义——许多制造商定义了他们自己的温度等级。例如——也是源于维基百科——Altera(现英特尔编程解决方案事业部)为其产品运用了五个温度等级/级别(参见以下项目符号列表)。请注意,汽车等级与扩展等级相同,仅次于军用等级(请参考最高温度等级)。显然,汽车级电子产品非常坚固耐用!

 

    • 商业:0℃至85℃

    • 工业:-40℃至100℃

    • 汽车:-40℃至125℃

    • 扩展:-40℃至125℃

    • 军用:-55℃至125℃

 

由于每个制造商都能够定义自己的温度等级/级别,因此选择适当额定温度器件的负担,就正好落在设计师和工程师的肩上。换句话说,他们(设计师和工程师)必须密切关注每个制造商的产品数据手册中所列出的实际规格。

 

在将商用级电子产品与汽车级电子产品进行比较时,需要考虑的另一个变量是成本。可以确定的是,从商用到车用再到军用,随着器件温度等级/级别的增加,其成本也会有所增加——有时甚至非常显著。

 

虽然享有“汽车电子”称号的器件温度等级更高,但它们指的是那些被设计用于或经改进而用于汽车应用的电气元件。下面来看车机。

 

“车机(carputer)”这个词即“车用计算机(car computer)”的简称。实际上,车机本质上只不过是经过定制的个人电脑(PC)——针对在汽车中运行而设计,并增加了以下一项或多项特性/功能:

    • 物理尺寸减小

    • 低功耗

    • 定制元器件

    • USB连接

    • 无线通信:蓝牙、Wi-Fi、GPS导航

    • 支持视频功能:DVR、DVD、点播、Netflix

    • 支持音乐:MP3、iTunes、Spotify

    • 等等

 

汽车中首次采用计算机是用于发动机控制。第一台ECU计算机(或发动机控制单元)首次出现在大众汽车上,被用来执行电子燃油喷射(EFI)这项特定功能,是在1968年——见下图。

大众汽车是第一家在汽车中使用计算机的汽车制造商。图片由chipsetc.com提供

不久以后(仅一年后),从福特开始,其他汽车制造商也陆续对他们的汽车进行了“智能化”改造,即利用计算机来处理各种汽车功能。下图给出了其他汽车制造商何时开始在汽车中使用车机的简短时间表。

 

各汽车制造商在汽车中使用计算机的简史。时间表由chipsetc.com提供

 

 

现代汽车中可能包含众多的计算机系统——用来对从汽车电子稳定控制到自适应巡航控制、夜视功能、有源座舱噪声抑制和通信系统等各个方面进行监视和控制。下图是有关现代汽车中可能包含的许多汽车电子产品的概览。

 

今天的汽车中集成了无数的计算机系统、传感器、控制器和其他智能设备。图片由chipsetc.com提供

 

 

随着消费者不断期望、需要和要求汽车变得更加宽松、具有更多“联网”和“更加智能”(比如自动驾驶汽车),半导体公司似乎急于通过提供更多汽车级的电子产品来满足这种日益增长的需求。当然,这对我们这些消费者来说也都是好消息,对吧?

 

意法半导体(ST,正式英文名是STMicroelectronics)是一家为汽车应用提供各种微控制器的知名电子和半导体制造商。例如该公司的SPC56XXMB,是一款支持SPC560xx微处理器系列的评估主板(见下图)。ST也非常慷慨地提供了SPC560x参考设计

 

STSPC56XXMB微控制器系列评估主板。图片来自于其数据手册

 

 

对于需要更多马力和功能的汽车应用,ST还提供了SPC57XXMB评估系统。该评估板(见下图)支持SPC57x和SPC58x系列微控制器。

 

意法半导体的SPC57XXMB评估系统支持SPC57xSPC58x系列微控制器。图片来源于其数据手册

 

 

英飞凌(Infineon)是一家以微控制器、通信IC和电力电子器件而闻名的半导体制造商。英飞凌了解与车内和车外照明应用相关的各种挑战,提供了各种汽车照明解决方案。一种这样的解决方案当中用到了其LITIX系列中的IC。根据英飞凌的说法,LITIX包含一整套汽车LED驱动器,可以保护驱动器和LED免受过应力(如电压尖峰或过热)的影响。

 

 

英飞凌的LITIX系列LED驱动器可提供电压尖峰和过热条件保护。图片截取自英飞凌汽车照明解决方案视频

 

 

使用LITIX产品可以为LED提供恒定电流,进而确保LED亮度稳定(见下图)。

 

英飞凌的视频中还展示了在使用LED时,解决汽车照明相关挑战的一个示例。

 

 

恩智浦半导体(NXP Semiconductors)是另一家提供大量分立半导体元器件的电子产品制造商。这类独立的元器件可帮助设计人员对我们所驾驶的汽车增加智能和连接性,从而使我们的通勤和度假驾驶变得更加舒适和愉快。在谈到电源稳压器(例如降压、升压和升降压转换器)、无线充电和直流电机的驱动时,可以使用恩智浦的专用电源管理IC系列产品。当然,恩智浦提供的不只有电源解决方案。例如,为了实现传感器和控制模块等多种器件的连接,恩智浦提供了一系列接口控制器,包括I2C、SPI和UART。他们还提供大量更基础的元器件,例如MOSFET晶体管

 

自从大众汽车首次使用计算机系统取代化油器以来已过去半个世纪,从那时起汽车的发展程度非常令人惊讶。考虑到半导体公司在开发汽车电子产品方面所取得的突飞猛进,我们很难想象汽车到2068年会变成什么样子。