車規(guī)級芯片：汽車電子系統(tǒng)功能組合網(wǎng)絡與芯片清洗劑介紹
發(fā)布日期：2023-06-19
發(fā)布者：合明科技
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1. 有線通信芯片介紹隨著信息、計算和芯片技術的迅速發(fā)展，外界信息交互需求日益增長，車內(nèi)電子系統(tǒng)數(shù)量不斷增加，汽車電子系統(tǒng)變得越來越復雜，各個系統(tǒng)間的信息傳遞需要通信網(wǎng)絡的有力支撐。根據(jù)通信連接形態(tài)的不同，汽車通信應用分為無線通信和有線通信。無線通信主要用于實現(xiàn)V2V（汽車與汽車互聯(lián)）、或者V2X（汽車與用戶設備互聯(lián)，或汽車與其它設備，如通信基站和衛(wèi)星的通信等連接）。有線通信主要用于車內(nèi)設備之間的各種數(shù)據(jù)傳輸。
有線通信指汽車內(nèi)主要通過有線連接實現(xiàn)的通訊技術，通過不同的線纜，有線通訊將車內(nèi)傳感器、控制器、執(zhí)行器和決策控制等不同模塊節(jié)點連接，并構成了車載網(wǎng)絡拓撲結構，從而實現(xiàn)模塊之間的數(shù)據(jù)交換。根據(jù)其傳輸速率的差異，可將車載有線通信分為低速總線、高速總線通信、視頻傳輸和其它應用等。傳統(tǒng)概念的低速總線通信一般包括了：CAN或者LIN總線（國內(nèi)芯力特和北京君正均有此類芯片）、FlexRay、MOST等技術，其總線帶寬不超過20Mbps；高速總線一般包括：點對點加上交換芯片的技術（如車載以太網(wǎng)等，國內(nèi)如東土科技公司），純點對點結構（如視頻傳輸使用的FPD Link等技術，國內(nèi)如瑞發(fā)科公司提供的低頻高頻視頻傳輸芯片等）、混合總線（既單個網(wǎng)絡總線上可以同時透傳CAN、LIN、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的技術，如北京君正公司的G.vn技術），USB傳輸?shù)炔煌耐ㄐ偶夹g，其速率范圍在100Mbps或者幾個Gbps甚至更高；此外，國內(nèi)外還有一些芯片公司推出了具有創(chuàng)新性的高速車用有線網(wǎng)絡通訊芯片，比如符合歐美韓最新充電樁標準的GreenPHY要求車內(nèi)和充電樁上都包含支持此標準的芯片。為了提高車內(nèi)電子模塊的集成度，適應EE架構由分布式向集中式架構演變的趨勢，部分公司已經(jīng)開始研制功能組合網(wǎng)絡功能的車規(guī)級芯片。比如：（1）融合車規(guī)以太網(wǎng)和CAN、LIN的點對點通訊技術：物芯科技的KD6630車規(guī)級高速高可靠通訊芯片，將以太網(wǎng)高速總線與CAN/LIN低速總線相融合，通過內(nèi)部獨立CAN交換子系統(tǒng)，實現(xiàn)了CAN/CAN_FD總線之間直接在硬件層進行報文路由。KD6630 集成雙核800MHz通用CPU SOC系統(tǒng)(稱為CMS子系統(tǒng))，采用28nm車規(guī)級工藝進行流片，支持32Gbps線速交換能力，可靠性設計滿足AEC-Q100 Grade2，符合ISO26262:2018功能安全，并通過了CQC（中國質(zhì)量認證中心）的功能安全流程認證及功能安全產(chǎn)品認證。因為LIN和CAN節(jié)點處總是要有一顆MCU，因此給MCU供電的電源芯片（比如LDO或者DC/DC）可以和CAN或者LIN的收發(fā)器集成在同一顆芯片上，這樣汽車電子模塊的設計可以節(jié)省PCB板上的面積，同時可以提高系統(tǒng)集成性和可靠性。于是，這種芯片被產(chǎn)業(yè)內(nèi)通俗地稱為SBC：即是System Base Chip的縮寫，中文簡稱為系統(tǒng)基礎芯片。（3）可以透傳CAN、LIN、車規(guī)以太網(wǎng)的總線型通訊技術：北京君正的G.vn技術，可以支持總線帶寬約為110Mbps，節(jié)點數(shù)8-10個，通過非屏蔽雙絞線連接，最遠節(jié)點15米。東土科技也于2020年正式量產(chǎn)了符合工業(yè)通信網(wǎng)絡國際標準IEC 61158 Type 28（AUTBUS）的寬帶總線芯片KY3001系列，該芯片采用55nm工藝制造設計，基于該芯片可構建多達254個節(jié)點的線性或環(huán)形總線網(wǎng)絡，通信帶寬可達100Mbps@500m，數(shù)據(jù)分發(fā)周期最短為16微秒，并支持加密功能，基于AUTBUS虛擬化技術，實現(xiàn)多條總線以及車載以太網(wǎng)等多業(yè)務數(shù)據(jù)融合通信，可以在減少車載網(wǎng)絡布線和連接器的前提下，提高車載通信網(wǎng)絡帶寬，增強網(wǎng)絡抗干擾能力。2.車內(nèi)低速總線：CAN、LIN、FLexRay、MOST
CAN (Controller Area Network, 控制器局域網(wǎng)絡)采用非屏蔽雙絞線來傳輸信號，是一種采用并行方式連接各個節(jié)點的總線，已經(jīng)成為通用的低速車載總線標準。為了滿足汽車中不同的系統(tǒng)對于網(wǎng)絡速率的不同要求，CAN總線分為高速（速率5kbps到1Mbps）和低速（5kbps到125kbps），現(xiàn)在廣泛使用CAN協(xié)議的升級版CAN FD，可以達到8Mbps, 升級了協(xié)議，物理層未改變；CAN與CAN FD主要區(qū)別：傳輸速率不同、數(shù)據(jù)長度不同，幀格式不同，ID長度不同，可以在滿足不同要求的同時實現(xiàn)最合理的性價比。高速CAN傳輸速率在5kbps~1Mbps之間，最大總線節(jié)點數(shù)約10個，一般應用在車內(nèi)發(fā)動機控制、驅(qū)動系統(tǒng)、ABS和ESP、汽車儀表、傳感器等模塊上，要求傳感器信號的回傳以及決策控制動作信號的下發(fā)都快速、穩(wěn)定地到達。低速CAN，其傳輸速率在5kbps~125kbps之間，最大總監(jiān)節(jié)點數(shù)約24個，一般應用在座艙內(nèi)，比如車身舒適電子系統(tǒng)（空調(diào)、座椅，車窗、折疊后視鏡、方向盤高低調(diào)節(jié)等），這些應用對實時性要求不高。CAN的拓撲結構是總線型結構，不需要主控制器，所有CAN節(jié)點直接連接到CAN總線上，每個節(jié)點都能接受和發(fā)送數(shù)據(jù)。CAN總線上的信號傳輸均通過物理層CAN通訊芯片進行，一個CAN節(jié)點通常由三個主要芯片構成，微處理器（MCU）、CAN控制器（集成在MCU中或者是在MCU外面單獨的芯片）、CAN收發(fā)器（收發(fā)器芯片只能是單獨的芯片，因為其工作環(huán)境電壓特點，它采用集成電路制造中的混合高壓工藝制造的模擬芯片，它不是一顆純數(shù)字芯片）。MCU用來處理將要發(fā)送和已經(jīng)接受的數(shù)據(jù)信息并做出決策；CAN控制器負責基于CAN協(xié)議完成發(fā)送和接收的高低電平 的生成，將二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)傳輸所需的位電流，然后發(fā)送給CAN收發(fā)器；CAN收發(fā)器將位電流信號增強，產(chǎn)生差分信號，并以串行方式發(fā)送到CAN總線（雙絞線）上。CAN總線芯片用量較大，2016年前1輛車上有20~25個低速CAN節(jié)點，9~15個高速CAN節(jié)點，目前一輛乘用車的CAN節(jié)點數(shù)量超過50個。LIN總線通過單根導線實現(xiàn)總線通訊，其相對CAN總線成本低，傳輸速率低，它廣泛應用于汽車機電系統(tǒng)各個領域，例如車門模塊、車窗驅(qū)動、后視鏡調(diào)節(jié)、空調(diào)、座椅電機調(diào)整（替代低速CAN以便降低成本）等。LIN總線主要用于連接車輛內(nèi)部那些對數(shù)據(jù)傳輸要求不高的節(jié)點，其總線的總的速率最高只能到20kbps，典型的LIN網(wǎng)絡最多可有16個節(jié)點。其節(jié)點分為：主節(jié)點和從節(jié)點。在這條單根導線互聯(lián)的總線上，主節(jié)點基于時間同步原則給出控制信號，從節(jié)點接收控制信號做出相應的響應。這種主從式訪問機制，不需要總線仲裁和沖突處理。LIN相當于汽車上可靠性較高的串口，與CAN總線功能/成本互補，綜合運用兩者，可構造汽車內(nèi)層次分級的網(wǎng)絡架構。一個LIN節(jié)點通常由三個主要芯片部分構成，微處理器（MCU）、LIN控制器（集成在MCU中或者是在MCU外面單獨的芯片）、LIN收發(fā)器（收發(fā)器芯片只能是單獨的芯片，因為其工作環(huán)境電壓特點，它采用集成電路制造中的混合高壓工藝制造的模擬芯片，它不是一顆純數(shù)字芯片）。· MCU用來處理將要發(fā)送和已經(jīng)接受的數(shù)據(jù)信息并作出決策；· LIN控制器負責基于協(xié)議完成發(fā)送和接收的高低電平的生成，然后發(fā)送給LIN收發(fā)器；· LIN收發(fā)器將位電流信號增強，并以串行方式發(fā)送總線上。FlexRay是一種現(xiàn)場總線，用于汽車的控制技術。FlexRay設計的目的就是為了具有可靠傳輸特性、高傳輸率以及高容錯設計。FlexRay由寶馬、飛利浦、飛思卡爾和博世等公司共同制定，傳輸速率快、容錯性好，但是成本高昂，過去多用于高檔車型中的動力總成系統(tǒng)和主動安全系統(tǒng)，以及沒有機械備份的線控系統(tǒng)，被動安全系統(tǒng)、車身電子等。由于其成本高，其應用并不廣泛，目前國內(nèi)的新車型均已不首選FlexRay技術。因此，除以下簡述，下文對FlexRay芯片及其使用、市場不進行展開描述。每個FlexRay節(jié)點都包括控制器部分和驅(qū)動器部分?？刂破鞑糠职ㄒ粋€微控制單元MCU(Micro Control Unit)和一個通信控制器CC(Communication Controller)。驅(qū)動器部分通常包括總線驅(qū)動器BD(Bus Driver)和總線監(jiān)控器BG(Bus Guardian)，其中總線監(jiān)控器為可選擇組件。主控芯片MCU 主要負責計算、信息的處理和發(fā)送，通信控制器CC負責FlexRay相關協(xié)議的實現(xiàn)，總線驅(qū)動器BD負責FlexRay物理層的實現(xiàn)。FlexRay在物理上通過兩條分開的總線通信，每一條的數(shù)據(jù)速率是 10MBit/s，因此FlexRay總數(shù)據(jù)速率可達到 20Mbit/秒。因此，應用在車載網(wǎng)絡，F(xiàn)lexRay的網(wǎng)絡帶寬可能是CAN的20倍之多。MOST(Media Oriented System Transport) 面向媒體的系統(tǒng)傳輸總線，方便為車載多媒體系統(tǒng)組件提供連接。MOST 總線是由MOST聯(lián)盟開發(fā)的，主要應用于汽車多媒體和影音系統(tǒng)中，MOST聯(lián)盟是1998年由BMW、戴姆勒克萊斯勒、哈曼等公司建立。MOST總線支持多達64個設備的邏輯連接，常用的數(shù)據(jù)傳輸率為24.8Mbps，它是一種基于人造纖維或者玻璃光纖的網(wǎng)絡，采用環(huán)形結構，每個設備通過相應的入口或出口分別與前一個或后一個設備環(huán)狀連接。其中有一個設備作為時序主控（Timing Master），能產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸所需的數(shù)據(jù)幀，而其他設備通過數(shù)據(jù)幀與時序主控同步。隨著目前車內(nèi)多媒體和影音系統(tǒng)對網(wǎng)絡傳輸帶寬要求更高，車規(guī)以太網(wǎng)等技術已經(jīng)取代了MOST通訊技術，因此MOST總線在目前國內(nèi)的新車型均已不被選用。因此，本書中對MOST芯片及其使用、市場不進行展開描述。3. 車內(nèi)高速總線：以太網(wǎng)等（PHY芯片、Switch）
（1）車載以太網(wǎng)芯片
車載以太網(wǎng)芯片主要包括主芯片（包含車載以太網(wǎng)的MAC控制器等）、PHY芯片（車載以太網(wǎng)的物理接口芯片）、以及相應的Switch交換芯片等若干種類。MAC和Switch都有可能被集成在主芯片中，以便實現(xiàn)不同通訊技術的網(wǎng)關或者路由功能。因需要適應車內(nèi)的噪聲環(huán)境和抗干擾，同時減輕線材和接頭的重量并降低成本，車載以太網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)的具體協(xié)議內(nèi)容并不完全相同。比如，車內(nèi)以太網(wǎng)的100Mbps版本必須支持非屏蔽雙絞線，而千兆甚至以上的版本就需要特殊的線材和接頭。以太網(wǎng)電路接口主要由物理層接口PHY芯片和MAC控制器兩大部分構成。其中，大部分處理器（MCU）已包含MAC控制，而PHY作為獨立的芯片用來提供以太網(wǎng)的接入通道，起到連接處理器與通信介質(zhì)的作用。同時，PHY芯片的獨立性亦使得OEM或者控制器供應商可自由選擇供應商，由此也使得PHY芯片成為因車載以太網(wǎng)崛起所催生的全新汽車芯片賽道。以太網(wǎng)PHY主要應用位置包括中央計算系統(tǒng)、ADAS系統(tǒng)以及IVI系統(tǒng)。除了在計算單元使用外，座艙部分也是大量使用，奔馳的S級座艙使用4片Marvell的88EA6321，至少4個PHY。汽車以太網(wǎng)Switch交換芯片主要用于傳感器、ADAS和IVI等系統(tǒng)，在中央網(wǎng)關和每一個分域網(wǎng)關也需要一個以太交換機，ADAS部分可能還需要一個PCIe交換機。據(jù)測算2020 年單車車載以太網(wǎng)節(jié)點約為6個。隨著車載以太網(wǎng)滲入率的提高和E/E架構的進展，未來以太網(wǎng)節(jié)點芯片的需求也將增加。
※資料來源：中金、公開資料、參編單位提供
由于使用汽車的用戶設備上，擁有的USB接口特別普遍，因此車內(nèi)的MCU有時也需要提供USB2.0甚至USB3.0接口，實現(xiàn)符合USB標準的數(shù)據(jù)傳輸，以方便用戶使用。但是由于汽車電子電氣環(huán)境的特殊要求，車規(guī)級USB芯片需要支持不同的線纜，更好的抗干擾能力和更長的傳輸距離。比如：可以通過以太網(wǎng)電纜、同軸電纜或標準USB電纜等各種電纜，以480Mbit/s的速度，將USB 2.0通信距離擴展到50米。適用于擴展USB2的應用范圍：攝像頭，硬盤驅(qū)動器、閃存驅(qū)動器、播放器等。出于對智能化汽車視覺的需要，配備十多個高清攝像頭的車型已屢見不鮮，未來將有增無減，其中高清視頻傳輸芯片需要滿足視覺無損和極低延時需要，不僅應用于視頻采集，也會應用于視頻顯示。LVDS（Low Voltage Differential Signaling，低電壓差分信號）是一種低壓差分高速差分信號技術，是目前流行的車載高清視頻傳輸技術，國外公司主要通過高頻技術（如FPD Link）實現(xiàn)無損視頻傳輸，國內(nèi)有公司提供原創(chuàng)國產(chǎn)化的低頻無損視頻壓縮傳輸技術具有顯著的后發(fā)優(yōu)勢。
LVDS 信號傳輸一般由三部分組成：差分信號發(fā)送器，差分信號互聯(lián)器，差分信號接收器。差分信號發(fā)送器：將非平衡傳輸?shù)腡TL 信號轉(zhuǎn)換成平衡傳輸?shù)腖VDS 信號。差分信號接收器：將平衡傳輸?shù)腖VDS 信號轉(zhuǎn)換成非平衡傳輸?shù)腡TL 信號。
4.芯片清洗劑
芯片封裝清洗：合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。
水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。
污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質(zhì)量降低、焊接時焊點拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。
這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。
推薦使用合明科技水基清洗劑產(chǎn)品。
Tips：
【閱讀提示】
以上為本公司一些經(jīng)驗的累積，因工藝問題內(nèi)容廣泛，沒有面面俱到，只對常見問題作分析，隨著電子產(chǎn)業(yè)的不斷更新?lián)Q代，新的工藝問題也不斷出現(xiàn)，本公司自成立以來不斷的追求產(chǎn)品的創(chuàng)新，做到與時俱進，熟悉各種生產(chǎn)復雜工藝，能為各種客戶提供全方位的工藝、設備、材料的清洗解決方案支持。
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