汽车半导体关键部件:ECU, MCU和传感器

纵观汽车市场消费者的需求，“方便”、“安全”、“节能”是三个明确的需求，代表了消费者对“智能”、“节能”汽车的渴望，也一再激发了汽车电子技术的研发能量。在各大汽车制造商的努力下，汽车中的电子化程度正在逐步提高，汽车电子成本在汽车整体成本中的占比已从20世纪80年代的2 ~ 3%上升到现在的40 ~ 50%。但是如何实现智能化和节能呢?

首先，智能可以分为两个主轴:

1. 结合信息和通信技术，为驾驶员和乘客提供各种娱乐和驾驶信息。
2. 帮助驾驶员减少驾驶所需的能量，甚至实现超越传统机械人为控制的安全性能。无论上述哪种类型，都要求汽车能够通过各种技术自行检测环境，并对信息进行分析后做出相应的反应，这是智能、高效、准确的满足需求。

这样的操作过程与物联网的快速发展非常相似。其操作主要分为三层，从数据采集、数据处理到向驱动发送指令。一切由汽车电子完成，帮助驾驶者实现“方便”、“安全”、“节能”三大目标。正如目前在汽车电子的各个领域所看到的，它们的功能需要各种关键的半导体和元件，而ECU、MCU和传感器是贯穿各个系统的最重要的元素。以下是对这三个组成部分的一些简单理解。

ECU

了解汽车电子的第一步是电子控制单元(ECU)。几乎每一个汽车电子系统都有这个核心作用。ECU可以说是一个嵌入式计算机，用于控制汽车的主要系统。内部组件包括微控制器(MCU)、输入和输出。电路、模数转换电路、电源元件、车载通信电路等。汽车中各种系统的控制都需要依靠ECU。因此，随着系统复杂性的增加，车内ecu的数量也在逐渐增加。据资料显示，目前宝马、奔驰的高端轿车上有数百个ECU。

单片机

微控制器(mcu)在消费电子产品中应用最广泛，第二大是汽车电子产品。ECU中最重要的MCU是将中央处理器(CPU)、存储器、各种输入/输出接口和定时器/计数器集成在一个IC上。WSTS (World Semiconductor Trade Statistics Organization)根据内部数据总线带宽将MCU分为4位、8位、16位和32位四个级别。随着应用领域的复杂性，不同级别的mcu都可以适用。在汽车领域，以飞思卡尔提供的MCU系列产品为例。8位MCU相对较低;刹车、安全气囊、车身稳定控制等对MCU的计算和处理能力要求较高，采用16位;而现在，在向智能化发展的同时，32位已经跃入主流，该规范通常用于多媒体、娱乐、驾驶信息等高级电子信息系统中。

传感器

汽车电子的ECU/MCU负责数据的处理和计算，最重要的是负责采集数据的各种传感器。辅助驾驶系统的构建主要采用图像传感器、毫米波雷达、激光雷达、加速度传感器、角速度传感器、轮速传感器、胎压传感器等。在传感器中，图像传感器受到越来越多的关注。

随着成像技术的进步和汽车厂商系统集成能力的提高，可以综合应用分布在车内外的多个图像传感器的信息，弥补人类视觉的不足，实现驾驶辅助和安全性提升。例如，车道偏离预警系统、泊车辅助系统、盲点检测系统、倒车预警系统等单一系统可以为驾驶员的驾驶安全加分。通过这些系统的进一步整合，可以构建一个更加全面、安全、舒适的驾驶环境，这也是汽车走向智能化，甚至达到最终目标——自动驾驶的主要途径。

适应环境的能力

除了关键部件的功能开发和处理能力必须与应用保持同步之外，汽车半导体在操作环境中必须面临比一般消费电子甚至工业半导体更多的挑战。汽车必须适应不同国家的气候和环境，并考虑到长期的移动性和安全性。因此，除了安装在车体上的车载系统所需的IC元件对环境要求较低外，其他大多数汽车电子元件都必须在恶劣的环境中运行。在耐受环境温度方面，一般ic的要求最多为- 10℃~ 70℃，但汽车电子的要求必须为- 40℃~ 155℃，且达到千次循环以上。除了耐湿载荷外，对耐高温、耐冲击、故障率等方面的要求都比一般消费类电子零件严格得多。再加上汽车使用寿命长，运行寿命和耐久性也受到严峻考验，零部件供应寿命甚至可能超过30年。这就是汽车半导体市场与其他应用市场的不同之处。