TI可以為客戶提供更多樣的選擇。2022年12月9日，由蓋世汽車主辦的2022第三屆混動技術(shù)發(fā)展論壇中，德州儀器中國區(qū)MCU產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)理盧璟介紹，為應(yīng)對高壓化、集成化、高安全性等電控領(lǐng)域的行業(yè)需求，TI推出的第3代C2000?DSP和基于ARM內(nèi)核的AM263X實(shí)時(shí)MCU產(chǎn)品, 提供多種引腳數(shù)量、存儲器和封裝選項(xiàng)，滿足集成通信、功能安全和信息安全等多種功能需求，旨在實(shí)現(xiàn)更高性能和更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的實(shí)時(shí)控制效果。

盧 璟 | 德州儀器中國區(qū)MCU產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)理

以下為演講內(nèi)容整理：   

德州儀器是一家半導(dǎo)體芯片公司，我們的業(yè)務(wù)涵蓋了芯片的研發(fā)、制造、測試、銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)。TI旗下有8000多種模擬和數(shù)字產(chǎn)品，在全球也有近10萬家客戶分布在工業(yè)汽車、消費(fèi)類電子、企業(yè)市場和通信市場。今天將著重介紹TI在汽車電氣化領(lǐng)域的MCU產(chǎn)品。

TI在1986年就已經(jīng)進(jìn)入到中國，36年來我們在中國不斷增加本土的服務(wù)體系。目前TI在國內(nèi)有成都的一體化制造基地，在北京、上海、深圳三地有研發(fā)團(tuán)隊(duì)。我們在上海和深圳還有產(chǎn)品分撥中心，并有近20個(gè)銷售和技術(shù)支持分公司，全方位為中國客戶提供支持。

德州儀器汽車電氣化MCU解決方案

近年來，電氣化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化等汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢也帶來了很多技術(shù)挑戰(zhàn)。在電氣化領(lǐng)域，市場趨勢要求汽車電驅(qū)轉(zhuǎn)速越來越快，純電續(xù)航里程越來越長，充電的時(shí)間也需要變得更快，電源轉(zhuǎn)換效率需變得更高，且要支持像SiC等功率器件，PWM頻率控制的開關(guān)速度也會變得更快，同時(shí)還要確保動力系統(tǒng)的功能安全。

智能化領(lǐng)域?qū)π酒瑒t提出了更強(qiáng)的算力、支持多傳感器的融合的要求。網(wǎng)聯(lián)化需要汽車在互聯(lián)互通的同時(shí)確保數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全。基于這些技術(shù)趨勢，MCU產(chǎn)品會有幾個(gè)共同特點(diǎn)：

首先是高性能，其次信息安全和功能安全也變得越來越重要，這就要求MCU產(chǎn)品不僅需要考慮主頻，還需要考慮整個(gè)系統(tǒng)的功能安全問題。

今天很多嘉賓都提到了汽車行業(yè)很卷，卷的另外一個(gè)表現(xiàn)就是整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)周期越來越短。作為半導(dǎo)體供應(yīng)商，我們需要提供更好的軟件開發(fā)環(huán)境、知識庫，讓客戶快速進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，還需更好地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品復(fù)用。

圖片來源：TI

首先看一下整個(gè)車身的MCU布局，我們挑了幾個(gè)大家可能感興趣的MCU應(yīng)用。針對自動駕駛的雷達(dá)處理，TI推出AM27系列產(chǎn)品，含一對R5鎖步核和一個(gè)C6000 DSP核。TI的DSP有二三十年的歷史，因此我們在數(shù)字信號運(yùn)算過程中的性能非常優(yōu)越，可以很好地進(jìn)行雷達(dá)信號的處理。同時(shí)，TI AM27也非常適合用于語音信號的處理，可支持個(gè)性化產(chǎn)品的開發(fā)。

另外，汽車正朝著域控制器的方向發(fā)展，未來車身每個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸流量將會越來越高，當(dāng)前的LIN和CAN將難以滿足需求。長遠(yuǎn)來看，車載以太網(wǎng)或許即將實(shí)現(xiàn)落地，因此TI推出了AM24系列產(chǎn)品，可用于車身網(wǎng)關(guān)或域控制器。

今天的主角是C2000?和AM26，它們會更多地用于電控、電驅(qū)等電氣化領(lǐng)域。TI所有的產(chǎn)品都基于統(tǒng)一的架構(gòu)，基于統(tǒng)一架構(gòu)的整個(gè)開發(fā)過程將更加快速。

我們把電氣化的過程分成兩大部分，第一部分是電驅(qū)，包括混動系統(tǒng)、電驅(qū)部分、車身的空調(diào)等。

另外就是電控的部分，例如插電式混動的充電OBC、車身內(nèi)高低壓轉(zhuǎn)化的DC/DC變換器等。這類應(yīng)用的共同特點(diǎn)就是實(shí)時(shí)控制，即能夠快速對板上的信號進(jìn)行采集，通過一系列運(yùn)算快速實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。

圖片來源：TI

針對這類實(shí)時(shí)性應(yīng)用，TI推出了兩個(gè)系列的產(chǎn)品，第一是左邊的C2000?系列，這款產(chǎn)品在市面上已廣泛應(yīng)用于許多廠商；右邊是我們在去年推出的AM26x系列產(chǎn)品，這款產(chǎn)品將于這個(gè)月量產(chǎn)。

兩款產(chǎn)品的共同特點(diǎn)是都具備TI高性能的實(shí)時(shí)控制單元，包括高吞吐率的ADC模塊、高精度的PWM模塊以及高速的比較器模塊。

針對功能安全和AUTOSAR的趨勢，在AM26x產(chǎn)品上已經(jīng)集成了HSM硬件的加密模塊，最高支持ASIL-D等級的認(rèn)證。

再看一下電控領(lǐng)域的趨勢。汽車需要更長的續(xù)航里程，因此需要支持更高的功率。根據(jù)市場信息和預(yù)測數(shù)據(jù)，2030年11kW或22kW的OBC模塊市場占有率將會越來越高。要實(shí)現(xiàn)這類產(chǎn)品，就需要有更快的開關(guān)頻率，因此我們將使用SiC等新型功率器件，控制頻率將從現(xiàn)在的一兩百K上升到大幾百K，甚至是兆級的控制，此時(shí)CPU就需要更高的算力，外設(shè)的性能也要進(jìn)一步提高。

TI的產(chǎn)品優(yōu)勢較為顯著，從ADC的采樣到電控的算法，再到PWM的輸出，在一個(gè)微秒之內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)環(huán)路的控制，在業(yè)界屬于十分優(yōu)異的性能。針對電控類產(chǎn)品復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，我們也提供最高64路的高精度PWM，幫助客戶實(shí)現(xiàn)非常靈活的設(shè)計(jì)。

加之AUTOSAR、ASIL-D的支持，客戶可以很容易地使用TI的芯片設(shè)計(jì)。

圖片來源：TI

具體再細(xì)化到OBC、DC/DC落地到PCB板上的架構(gòu)，左邊是一個(gè)充電的裝置，OBC通常前端是AC/DC的功率因素校正電路，可以讓產(chǎn)品更高、更好地利用電網(wǎng)效率，在后面將通過DC/DC把電壓上升到400V甚至800V的高壓為動力電池充電，而動力電池將在進(jìn)一步運(yùn)行的過程中驅(qū)動電機(jī)。

由于車身中含有許多音箱、座椅、車燈等其他設(shè)備，因此存在12V或48V的電路，此時(shí)就需要一個(gè)從高壓向低壓轉(zhuǎn)換的過程，且這一過程需要在汽車的行駛過程中實(shí)現(xiàn)，因此功能安全是重中之重。

圖片來源：TI

市面上各家廠商對功能的實(shí)現(xiàn)方式可謂是百花齊放，我們對此進(jìn)行了總結(jié)，總結(jié)為四種應(yīng)用場景。一種是目前市面上較為常見的，即單獨(dú)用一顆芯片做PFC，這是一個(gè)非隔離的電路，再用第二顆芯片做OBC的DC/DC，由于這一模塊需要對汽車上的其他零部件進(jìn)行通訊，因此通常還需要第三顆MCU去跑AUTOSAR、信息安全或功能安全。

第二種方式，我們會選用一顆更強(qiáng)的MCU，可以把OBC的DC/DC部分和主控MCU部分進(jìn)行結(jié)合，形成雙片方案。

第三種方式，部分客戶會把OBC PFC和DC/DC放到一顆芯片上，使用一個(gè)主控MCU。

第四種方式是大集成，這四部分功能都可以放在一顆芯片上。

TI提供所有設(shè)計(jì)的靈活性，既有高性能的產(chǎn)品，例如四核400兆產(chǎn)品AM2634，也有雙核產(chǎn)品AM2632，C2000?同樣既有四核產(chǎn)品，也有單核的產(chǎn)品。對于TI而言，我們更多是提供可選擇性，客戶可以根據(jù)自身情況去選擇方案。

針對DC/DC從高壓到低壓的轉(zhuǎn)化，我們也有雙片方案和單片方案。集成化也是當(dāng)前的一個(gè)趨勢，我們也非常期待看到更多創(chuàng)新性架構(gòu)的出現(xiàn)。

TI C2000?& AM263x芯片特性介紹

TI的C2000?已有20多年歷史，一直用于實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域。在汽車領(lǐng)域，C2000?在電驅(qū)和電控中的比例都相當(dāng)高。評價(jià)一顆芯片可以從四個(gè)方面入手，首先，是否有足夠的能力和好的性能去對信號進(jìn)行采樣，包括通路數(shù)量、吞吐率、精度等方面的性能。

第二部分是處理部分，即運(yùn)算能力。

第三部分就是控制，包括對板上器件的控制能力是否靈活、控制的延時(shí)長短等。

第四部分是接口，接口的數(shù)量、種類、吞吐率是否足夠豐富，以滿足廣大客戶的需求。從以上四個(gè)方面基本能評價(jià)一顆MCU能否滿足基本要求。

那么C2000?的優(yōu)勢在哪里？這里我想引用一下比亞迪陸總說的話，他談到比亞迪在做DM-i的創(chuàng)新時(shí)，更多是從用戶的角度出發(fā)去設(shè)計(jì)零部件。其實(shí)TI也一樣，我們做芯片也需要從用戶的角度出發(fā)，思考客戶在做電驅(qū)或電控時(shí)會希望怎樣使用這些硬件模塊，我們需要提供什么樣的功能，讓他們的使用更加簡潔、方便。C2000?基于以上角度去做了芯片的設(shè)計(jì)。

在算力部分，它會針對實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域的算法進(jìn)行分析，打造針對特定運(yùn)算的特定硬件指令，提高運(yùn)算速度。我們也會放置一個(gè)專門的內(nèi)核，使其快速響應(yīng)ADC信號的中斷，從而減少信號延時(shí)。

在采樣部分，我們會考慮針對不同模塊的同步要求應(yīng)如何設(shè)計(jì)ADC，實(shí)現(xiàn)多路同步。另外，針對采樣可能出現(xiàn)的誤差，我們會加入硬件的后處理模塊自動進(jìn)行校正。PWM也一樣，可靈活調(diào)整時(shí)區(qū)、各路信號的相移，用戶能通過它實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的拓?fù)?。這些都是TI設(shè)計(jì)芯片的初衷。

除了性能部分和實(shí)時(shí)控制的特性，C2000?也針對信息安全和功能安全做了很多工作，例如為了對代碼進(jìn)行保護(hù)，我們有防鎖措施、加密啟動等相應(yīng)的保護(hù)措施。針對信息傳輸過程中的加密需求，我們也有相應(yīng)的硬件加速器。

在功能部分，目前C2000?已達(dá)到ASIL-B等級的功能安全認(rèn)證，未來也會做ASIL-D等級認(rèn)證的芯片。TI還提供功能安全診斷庫、功能安全手冊等材料，幫助客戶通過系統(tǒng)級認(rèn)證。

圖片來源：TI

TI的AM26x系列更多是面向ARM生態(tài)的客戶。AM26x與C2000?的不同之處僅在于內(nèi)核不同，使用ARM R系列的內(nèi)核，最高為四核，主頻將達(dá)到400MHZ，部分產(chǎn)品能達(dá)到800MHZ主頻，所有的配置都面向電驅(qū)和電控的應(yīng)用。

圖片來源：TI

其中的內(nèi)核可以進(jìn)行靈活配置，用戶可根據(jù)自身的軟件的架構(gòu)進(jìn)行選擇。以中間的架構(gòu)為例，它用一對鎖步核去跑功能安全和AUTOSAR的監(jiān)控，再用另外兩個(gè)核單獨(dú)去跑電機(jī)的控制或電量處理。如果部分客戶沒有功能安全的要求，就可以使用四個(gè)核，實(shí)現(xiàn)算力的提升。

TI AM26x系列的所有產(chǎn)品都能做到硬件的兼容，客戶在進(jìn)行一系列產(chǎn)品開發(fā)時(shí)硬件設(shè)計(jì)基本是一致的，可以靈活地通過軟件配置去選定內(nèi)核。

在功能安全方面，AM26x支持ASIL-D等級的認(rèn)證，其功能安全特性相比C2000?會更加豐富。不僅有內(nèi)核層面和memory訪問方面的功能安全機(jī)制，它在總線上也會加入非常多的功能安全機(jī)制，保障系統(tǒng)安全。其信息安全基本能夠滿足汽車行業(yè)的需求，支持不同算法，客戶也可以在這顆芯片上加入自己的密鑰，實(shí)現(xiàn)自定義化的產(chǎn)品。

參考設(shè)計(jì)介紹

未來，市面上22kW的產(chǎn)品會越來越多。此外，汽車也正成為一個(gè)大型的儲能設(shè)備，因此在電源設(shè)計(jì)上也會越來越多地出現(xiàn)雙向充電的需求。

圖片來源：TI

這里羅列了不同電源拓?fù)涞膮⒖荚O(shè)計(jì)，通過在TI官網(wǎng)輸入?yún)⒖荚O(shè)計(jì)號，就可以拿到硬件板的設(shè)計(jì)材料和相應(yīng)的技術(shù)文檔。

前面講了很多電控的內(nèi)容，其實(shí)電驅(qū)也會有一些電驅(qū)和DC/DC的功能要求，包括反向制動，如何提高電驅(qū)的系統(tǒng)效率等。針對這類應(yīng)用，TI也推出了參考設(shè)計(jì)TIDM-02009。

TI的使命就是希望通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，使電子設(shè)備讓人們的生活變得更加美好。也希望TI通過MCU的持續(xù)創(chuàng)新，能為我們的行業(yè)提供更高性能、更具性價(jià)比的方案，幫助整個(gè)行業(yè)的電氣化進(jìn)程走得越來越穩(wěn)。

（以上內(nèi)容來自德州儀器中國區(qū)MCU產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)理盧璟于2022年12月9日，由蓋世汽車主辦的2022第三屆混動技術(shù)發(fā)展論壇發(fā)表的《TI 賦能汽車電氣化MCU解決方案》主題演講。）

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