電動汽車和自動駕駛是目前業內最熱的兩大話題。隨著這兩類技術的快速發展，我們也碰到諸如隔離設計、電流檢測、數據存儲以及電池性能和自放電測試的各種挑戰。在日前由ASPENCORE旗下《電子工程專輯》、《國際電子商情》和《電子技術設計》共同舉辦的汽車電子論壇上，來自是德科技、伊莎貝棱輝特、華邦電子、Silicon Labs、美光、艾德克斯和博通等七家公司的技術專家為我們分享了這兩大熱點領域的發展趨勢，并針對上述挑戰詳述了最新的創新解決方案。本文將針對其中與汽車電子相關的內容劃個重點。

是德科技：創新電池性能和自放電測試

是德科技大中華區電源產品渠道經理萬峻琿在其“快充和無線充電效率測試及電池性能的深層分析”主題中，介紹了功耗、快速充電、無線充電效率以及電池自放電等方面的測試。他介紹，是德科技去年收購了德國一家公司Scienlab，獲得了新能源汽車的整體測試測量解決方案。

在談到汽車電子，他指出，供應商需要滿足車廠標準，比如VW80000，因為要做跌落、拋負載試驗，波形很奇怪，傳統直流電源沒辦法達到要求，因此需要用到大功率任意波形發生器，借助這樣的電源可滿足各種汽車電子測試測量要求。

同時他提到，除了鋰電池，目前新能源汽車領域還有燃料電池比較火，可以解決鋰電池目前的一個瓶頸，即電池回收問題。燃料電池環保，但是成本相對高。

電池本身的內阻是影響電池快充的一個關鍵。同時，不同電池或不同廠家對電池充電的要求也不一樣。DCR在整個充電過程中并不是恒定值。因此，在看電池指標的時候，關注的往往不是容量或標稱電壓，更應該關注的是DCR是多少，怎么變化，以及溫度的影響怎樣，這樣才能實現快充并把它發揮到極致。快充通常希望電壓達到上限以下時容量很大。比如充到4.2V的上限值，那就希望充到4.1V能達到90%，這樣才能實現電池快充。另外，溫度對電池充放電的影響也很明顯。

他指出，是德目前最創新的解決方案是電池性能和自放電測試。

電池性能測試需要關注電池自放電，例如ACR、DCR、容量以及電壓的分布情況、循環充放電次數和容量的關系。

對于新能源汽車行業，對電池測試是必需的。電池循環充放電電池壽命驗證，以前是采用一臺源和一臺負載，源用于充電，負載用于放電能量吸收來實現。這樣的系統搭建往往沒有辦法進行無縫切換。現在有了二合一的設備，充放電系統搭建非常容易。

另外對于電池的自放電測試，是德現在提供了一種比較好的測試測量方法。很多時候我們都要對電池進行匹配。例如，特斯拉電池是通過多節18650、21700電池拼起來的。每一小節電芯自放電不一致，會造成使用壽命、安全性大打折扣。那我們怎么去測試自放電？

電池廠商傳統的方法，是在某年某月某天，用萬用表去讀電池兩端電壓，過了兩三天或一周再去讀一次，通過觀察電壓下降的趨勢，去判斷一批電池是否符合要求，可以出廠。這樣的測試測量方法有兩個弊端，一是直接量測電壓，自放電電流大小是多少不知道。二是需要很長時間，工廠貨期非常長，而使客戶不滿意。

是德推出了一種創新的自放電測試方法。這種方法其實非常簡單，就是用一個表去量電芯漏電流是多大。可以把電池看成兩個水杯，一個注水，另一個沒有，兩個水杯都開了一個小口，代表電芯自放電大小。水杯的高度即電壓，容量等于電容量……EDN之前對此有過報道，詳情請見《電池自放電測試由一兩個月縮短到倆小時：奧秘是什么？》。

伊莎貝棱輝特：采樣電阻與霍爾傳感器對比

伊莎貝棱輝特惠斯勒公司資深現場應用工程師錢晨棟分享了“汽車電子中的電流檢測應用”。他介紹說，伊莎貝棱輝特是一家德國的被動元器件公司，由伊莎貝拉公主的后代所傳承。

現在在消費類、工業以及汽車領域，產品都非常多樣化。但是萬變不離其宗，電流采樣對于電機驅動來說起著核心作用。電流檢測電阻是一種超低阻值電阻，是電阻大類的一個分支。從功能上說，可以把它列為一種電流傳感器或分流器（shunt）。從上世紀電子元器件的發明開始就一直存在，不過最初由于工藝水平的原因，應用受到限制。

伊莎貝棱輝特的電流檢測電阻采用鎳銅合金（灰色金）制造，非常適合制作阻值非常低（毫歐級、微毫歐級）的電阻。這類電阻在電動汽車中應用廣泛，如EPS、EPB等，只要涉及電機驅動的部分都可以使用采樣電阻。

例如，電動助力轉向系統（EPS）經歷了從機械液壓助力轉向系統（HPS）到電子液壓助力轉向系統（EHPS）到EPS的發展。它通過電機取代原先的液壓助力轉向系統，將電流信號轉換為電壓信號，反饋給ECU，進而驅動電機。

下圖是采用了0.5mΩ采樣電阻的EPS驅動板。

另外一種應用是自動變速箱（TCU）的控制單元。它通過各種閥門、繼電器、位置傳感器等，將采集到的信號反饋給MCU做處理。

以下是某德國車廠所用雙離合變速器，其中采用了伊莎貝棱輝特的鍍金端子產品。“它采用了一種綁定和倒裝焊的工藝，能夠把TCU模塊做得非常小，放在發動機的引擎缸里，環境溫度最高達到140℃。”錢工介紹說。

EPB（電子駐車）通過一個按鈕或開關，替代傳統的手剎方式。它不僅僅是一個簡單的剎車制動，比如在斜坡上駐車或啟動時，通過EPB方式就不會溜車。如何實現的呢？它里面實際上是有一個直流電機，在斜坡上加速啟動的時候，MCU通過位移傳感器去計算油門的驅動力，去和電機（通常是BLDC）的驅動力做比較。

然后是汽車空調，它和家用空調沒有太大區別，但是是安裝在汽車里，要考慮動力和安裝空間等問題。采樣電阻在空調系統中應用也很廣泛，其PWM調制解調IC會接一個2mΩ或3mΩ采樣電阻，反饋三相電機信號，實現無極變頻模式。

汽車里的采樣電阻，范圍一般在30A到60幾A。

另外，對于BMS（電池管理系統），近兩年非常火爆。BMS包括電機、電池和電控三個部分，合稱三電，它是新能源汽車的核心。

BMS從最早的12V到隨后的24V、48V再到高壓，以及啟停系統。DC-DC轉換器、逆變器、車載充電器等都會通過采樣電阻去檢測電流。

BMS的電流采樣還有另外一種器件：霍爾傳感器。這種器件是磁性元件，比采樣電阻更早出現，材料工藝相對采樣電阻沒有那么高。

采樣電阻的優勢是尺寸小、噪聲小、線性度好、溫漂系數低、分辨率低、成本低等。但它也有劣勢是它上電有功耗——用霍爾傳感器沒有功率損耗。另外，霍爾傳感器直接解決

隨著BMS SoC對精度的要求越來越高，電流傳感器的動態范圍也得到重視。對于高動態范圍電流采樣，用開環的霍爾傳感器就無法實現。

華邦：串口NAND Flash完勝串口NOR

華邦電子閃存產品企劃經理黃信偉（Wilson）分享了“專為車用存儲需求的高速低成本串口NAND方案”。他指出，摩爾定律可能在未來幾年內被終結掉，如果套用在存儲器領域，也是有這個趨勢。1986年Intel發明了第一顆1.5μm的NOR Flash，到2008年演進到45nm的Flash，然而再往后，沒有進一步地微縮。

NOR Flash是一種比較可靠的存儲器解決方案，適合存小容量代碼。NAND Flash在傳統上被視為不那么完美，需要進行管理。目前所有的電子產品越來越復雜和強大，NOR需要更大容量的存儲，但是它的工藝不會再微縮，所以大容量的成本高。而NAND工藝會持續微縮，從之前的40幾nm到30幾、20幾、10幾nm都已量產。因此在大容量存儲上，NAND Flash成為主流選擇，在可靠性上也可以和NOR比拼。

黃經理從成本考慮、質量角度、讀取速度和寫入速度幾個方面，對串口NAND和串口NOR進行了比較，并解釋了“串口NAND需要額外控制器做壞塊管理或ECC嗎？”的問題。

從成本上看，NOR先天上比NAND大一倍，相同容量上成本比NAND貴。

從質量上看，在半導體存儲器里，保存的電子數越多，數據保存越久。華邦46nm的SLC NAND在擦寫1000次后，在85℃下可以保存10年，和傳統的NOR性能可比。

從功能上看，首先是讀取速度。拿自家產品作對比，華邦的STR NOR時脈可以到133MHz，DTR可到80MHz，整體讀取速度可達到80MB/s。市面上一般的NAND，時脈只能達到104MHz，達不到前者的速度，但是華邦電子發布了一款全新的串口NAND，其STR NOR時脈可以到166MHz，DTR可以到83MHz，整體讀取速度可達到83MB/s。這對于車載應用非常快了，從使用者體驗來看，是款非常不錯的解決方案。

那這是怎么實現的？華邦獨有的讀取功能，可以讓數據一直讀取，而省掉了中間的讀取命令。市面上沒有這個功能的串口NAND，讀取速度只能達20MB/s；并口NAND（可以16個IO并行操作）的速度會快點，但也不超過30MB/s。華邦第一代串口NAND在時脈速度在104MHz的時候可以達到52MB/s。還不夠用？華邦又有開發了第二代全新的專為高速而生的產品，速度達83MB/s，可以給用戶兩種選擇。83MB/s如果還不夠用，華邦還提供了一種創新解決方案，即將兩個83MB/s放在同一個封裝上，就可以達到2*83MB/s=166MB/s。

然后是寫入速度，串口NAND比串口NOR高很多，寫入快至少10倍，擦除快至少100倍。更直觀的來看，同樣寫1Gb數據，NOR大約需400s，NAND耗時只有一點點。串口NAND在寫入速度上具有非常大的優勢，可節省pcb燒錄時間（提高生產線效率）和實現快速在線更新。

串口NAND（被視為不完美的傳感器）需要額外的控制器去做壞塊管理或ECC嗎？請見下圖。

最后他強調說，華邦的車規產品在出廠的時候是零壞塊出廠，不會麻煩客戶去處理壞塊管理的問題。16nm是種穩定的工藝，在幾千次的擦寫狀況下，不需要做壞塊管理。

Silicon Labs：電容耦合隔離的優勢

Silicon Labs高級現場應用工程師趙偉分享的主題是“應用于電動汽車的高速率多通道隔離技術方案”。他介紹說，市面上常見的隔離技術有三種：電容耦合、磁耦（電感和變壓器）和光耦。隔離是為了實現安全性（高低壓之間）、參考地區分，以及不同的電流回路，而起到抑制噪聲的作用。

電容隔離的信號傳輸快，EMI性能好，不會有輻射信號，共模瞬態抑制比做得好。此外，其隔離柵材料通常為SiO2，隔離產品的可靠性和穩定性可以保證。磁耦產品的EMI性能相對差。光耦有光衰，會受溫度和電壓影響。

Silicon Labs的隔離技術是電容式隔離，一顆隔離產品里包含兩個die，原副邊各有一對高壓電容器，中間通過金線綁定起來。信號傳輸采用OOK調制解調，采用已認證的SiO2材料，絕緣強度可達500V/μm，不需要用到厚的SiO2層，可節省成本。Silicon Labs的隔離產品原副邊之間有12根綁定線，差分信號可以保證信號質量。

針對隔離材料，該公司做了TDDB試驗，去驗證材料的長期使用可靠性。對于5kV的產品，在施加1kV電壓情況下，隔離柵的使用壽命可以達到100年。

市場上推動隔離產品增長的趨勢包括：綠色能源的需求，電源效率的要求，政府頒布新的排放標準。對于新能源領域，不管是全電動/混動車還是太陽能逆變器，都需要用到隔離產品。伴隨這些產品的需求，隔離產品也得到進一步的發展。

再看汽車電氣化的趨勢。在過去的2016、2017年，全球電動汽車銷量增長超過50%；在德國，有近2%的新車是新能源汽車，其中全電動車的增長達137%。預計到2020年，全球電動+混動車出貨量將達到1300萬到2000萬輛。同時，全球許多國家都提出了結束內燃機車銷售的時間，新能源車前景光明。

對于傳統的燃油車，隨著我國的排放標準越來越高，現在市面上的傳統燃油車沒法達到要求，現在車廠也在想辦法，提出了48V輕混概念，來實現啟停、轉向等功能。

在這個48V系統中，需要進行高壓隔離，例如12V/48V、5V/48V等。

針對汽車應用，隔離產品的挑戰如下：

Silicon labs有幾大類隔離產品（如下）。其中，數字隔離器的特點是集成度高，提供從單通道到6通道的隔離產品，一顆芯片就可以做SPI、I2C、485或CAN等隔離，例如6通道產品可同時實現SPI和CAN的隔離。隔離柵極驅動器可應用于變頻器、伺服系統等應用。Silicon Labs這類產品非常完整，從MOSFET、IGBT、GaN和SiC，都有相應產品來支持。隔離ADC可以直接采樣系統中的電壓、電流。其芯片里集成了一個ADC，可直接把數字信號傳給處理器。隔離運放可采集系統的電壓、電流，并將它放大，傳到后端的MCU、FPGA等做處理。

美光：存儲器成為限制自動駕駛發展的瓶頸

美光科技汽車系統架構高級總監Robert Bielby探討了“自動駕駛領域的云存儲和本地內容存儲”話題。他指出，未來代碼數量最多的嵌入式應用不是Facebook，不是Windows，不是747，而是汽車。汽車代碼在未來10年將達到3億行。這么多的代碼就需要有存儲器來支撐。另外，隨著自動駕駛技術的發展，存儲器也將從汽車后座轉移到前座。

目前業內的兩個熱點話題是自動駕駛汽車和人工智能（AI）。AI需要用到最高的性能，達到數TFLOPS的算力。AI也會在自動駕駛上應用，為了達到這樣的算力，就需要提供大量存儲器帶寬。然而，存儲器的發展目前還跟不上處理性能的發展，成為了實現某些功能的瓶頸。

自動駕駛系統需要由眾多元素協力來實現，如操作系統、包括激光雷達、雷達、超聲波、攝像頭等在內的眾多的傳感器，并結合AI實現對象分析，針對交通擁堵等狀況做出決策。計算機硬件好比車輪上的數據中心，會用到世界上最先進的計算性能。以前是PC推動存儲器發展，之后變成智能手機推動，而現在則變成了汽車在推動。汽車中存儲的地圖，分辨率將朝cm級發展。此外還有駕駛控制、啟動等，是它們的共同作用才能夠實現自動駕駛。

自動駕駛技術也將對我們的生活產生重要影響，例如舒緩交通擁堵，降低事故發生。自動駕駛汽車能夠比人類“看得”更遠更清，并能夠實現360度全向監控。自動駕駛還有一個需要長期演進的是機器學習，即進行訓練，需要提供大量數據。

我們需要采用GPS地圖來導航。但是對于下雪天的場景，激光雷達和攝像頭可能不奏效，因此我們也需要使用地圖來看清車道。3D地圖可以提供精確定位。此外，我們還有很多新的技術正在研發中。

市場上研究全自動駕駛有幾種不同策略。他介紹說，特斯拉所采用的實時道路規劃是主流技術。這種技術嚴重依賴于攝像頭去創建3D地圖，外加GPS。另一種技術是用攝像頭對齊HD地圖加實時道路規劃，這是Waymo所采用的技術。由于地圖存儲在車內，因此其視覺系統的負擔降低。這種技術，汽車需要每周從云端下載地圖進行更新。第三種技術是使用眾包位置數據增強實時道路規劃。Mobileye的道路體驗管理（REM）就是這種，通過他人信息分享來實現導航，例如收到前方車主發來的突發事故而重新規劃路線。

什么是云和霧？云無需過多解釋，即遠程服務器，可以用來更新地圖以及算法。霧是指V2V、V2I通信，借此可以實現信息的實時共享，實現比云更高的即時性，霧的信息也可分享到云。另外，5G網絡即將推出，它構建在V2X和LTE架構之上。

以下是自動駕駛系統的原理圖以及汽車存儲架構的演變。

艾德克斯：一臺電池充放電測試設備集成源和負載兩個功能

艾德克斯（ITECH）技術工程師陳文兵分享了該公司的汽車電子測試解決方案。他介紹說，艾德克斯針對新能源汽車高壓、大功率動力電池的充放電測試提供了一套新的硬件解決方案。以前的電池充放電是采用兩個硬件回路來實現，即充電時采用一個電源來充，放電則通過一個電子負載來實現。

這樣就導致整個系統的成本非常高昂，尤其是在高壓要達到1000V甚至1200V的硬件配置，功率做到9600W的情況下。

以前的開關電源將380V市電轉成直流電來進行充電。現在的解決方案在此基礎上進行優化，能夠實現電能的雙向傳遞，即在電池包放電的時候，通過內部回路將DC逆變成AC，回饋到電網，這樣可以可大幅節省測試成本。而且對于測試環境來說，由于現在的動力電池包太大，導致房間溫度太熱，散熱難處理；這么大的功率也浪費電，而采用回饋式方案，則可以將電逆變成380VAC，用于其他設備供電。此外，它的效率也得到提高，達到了80%~90%的效率，最高電壓做到了2250V，功率可以做到920kW，可根據客戶的實際需求來配置充電和放電等。

另外，常規的電流/電壓采樣大概能做到1ms左右。ITECH和一所學校進行充放電合作，學校要求做到微秒級的采樣，用于脈沖式的充放電，先用大電流充電，一段時間后切換到短暫的放電，從而提高充電效率。目前的產品可以做到硬件4μs采樣，而滿足這種高速采樣需求。此外，通過將設備并聯，還可以擴展到更大功率。

新能源車的發展離不開充電樁，可以采用家用220V插座給車載充電器供電，間接起到慢充的作用。對于交流樁，每輛車都必不可少會有一個AC/DC車載充電器（OBC），以及一個DC/DC，將電池電壓轉換成12V電平給低壓設備充電，這兩個設備必不可少。不管是整車廠還是OBC供應商，電性能測試必不可少，例如輸入輸出效率、紋波噪聲、供電范圍等。例如在工業園區充電，在早晨或夜里，電壓會偏高。充電會充8個小時以上，在這種電壓波動的嚴苛環境下，要保證充電器正常工作，就需要一套這樣的系統。

對于整車廠比較關心的指標，比如整車充電效率、充電時間、紋波噪聲等，需要怎樣實現測量？對于車載充電器測試，老板肯定是希望能用手里有限的資金來實現更多、更完善的測試。可以把兩套系統合二為一來解決問題，例如將示波器和功率分析儀共用，將高壓電源和電子負載合二為一。

博通：光耦適合汽車中的哪些隔離應用？

博通公司隔離產品事業部產品經理陳紅雷分享了“光耦助力提升電動汽車充電方案”。他介紹說，博通今天的光耦產品線來自惠普時代。雖然公司經歷多次變更，但這條生產線在持續不斷地進行研發投入和開發跟進，未受公司的變更影響。博通的光耦產品在工業應用領域有著非常好的可靠性。

其產品分類包括數字光耦、柵極驅動和隔離運放等幾大類。市場包括工業、汽車、飛機、導彈、衛星和民用，產品本身非常豐富，覆蓋領域也非常廣。

光耦由LED、隔離介質和和感光器件組成，用來實現電氣隔離但信號可以溝通。它有很多不同封裝形式，以滿足市場對爬電距離、電氣間隙和工作電壓等的要求。

下面是個簡單的應用場景。對于AC/DC電源轉換，能量傳輸采用變壓器進行隔離，信號系統隔離則是通過線性光耦，將輸出信號反饋到PWM控制器。

光耦的工業應用領域非常廣泛，例如電源、醫療、新能源、電機驅動、工業網絡、工廠自動化和機器人。在汽車領域則有兩個新興發展市場，電動汽車和汽車充電樁。

汽車中哪些光耦適用？

電池是電動汽車的動力源，然后是電池充電器，以及驅動系統、模擬系統的反饋等等。不同的功能對應不同的型號，比如柵極驅動（IGBT或MOSFET）、電流檢測、電壓檢測以及數字光耦等。

IGBT模塊可將前端電壓信號通過ADC轉換成數字量，再通過隔離運放傳送到另外一邊，而實現隔離和精確的數據轉換。此外IGBT模塊中具有一個NTC，用來檢測模塊溫度，這個信號也可以采用光耦來傳送。

數字光耦功能比較簡單，用于傳送邏輯信號。根據應用場景的不同，可選擇高中低速器件。

充電樁的功能是從電網取電并整流給汽車充電。實現方案很多，都有用到光耦方案。

車載充電器本身則受車體積的限制，能量密度相當的高。要想在車里把引擎、電池、充電器等塞進去非常困難。一般車載充電器功率在6~10kW之間，容量有限，要想把電池充滿需要隔夜沖。

它的好處是隨時可以找到交流電來充電，缺點供電能力有限，所用器件需要選用車規，相對昂貴。

直流充電樁或外置充電樁屬于基礎設施設備，功率可以很大，如100kW，200kW，充電時間可以大幅縮短。另外，工業級的器件可以直接使用。

業界追求的充電時間是5到15分鐘就可充滿，或可充到80%左右，提供很好的續航里程。

下圖是直流充電樁內部的功能模塊。在電源轉換的過程中，我們需要保證MCU、HMI有足夠的安全，即符合增強型絕緣。

博通智能驅動型光耦的發展方向是驅動能力大、驅動快，以及保護功能更多。

此外，博通和許多業內公司合作開發了demo板，例如3300V/1700A的參考設計在網上提供。除了參考設計，以及在線演講和視頻資料，博通的網站上還提供有其他設計工具，例如Spice模型、IGBT電流檢測、電流計算公式、功率和熱等計算。