贯穿式尾灯在越来越多的车辆设计中被运用,既可以让车体看上去更加宽大和奢华,也让车辆在夜间行驶中更加醒目和安全。但贯穿式的车灯模组由于长度较长,对生产设备、生产工艺要求更高。小米SU7就搭载了贯穿式光环尾灯,以360颗超红光LED组成渐层式动感光带,动态灯效在夜间车流中优雅醒目,该尾灯中使用的控制模块来自朗恩斯。
汽车尾部的灯组是车辆灯光系统中非常重要的一部分,由转向灯、位置灯(雾灯、造型灯)、制动灯(刹车灯、倒车灯、停车灯)组成。贯穿式尾灯属于信号灯,用于提醒周围车辆和行人,本车即将要发生的驾驶意图,包括转弯、刹车、驻车等,同时车身上的各种造型也可作为汽车身份的一种标识,工作电流一般小于100mA。车后组合灯有这些高阶功能:增强型停车灯、尾灯、转向灯是动态的分段式灯光信号,创新的车灯造型可实现以光束打造品牌、迎宾、动画等效果,可驱动单串、多串LED灯珠,更高能效,更少损耗,并含安全诊断功能。图2是常见的贯穿式尾灯方案框图:
左右固定侧分别使用一颗MCU,用于控制固定侧的转向灯()、位置灯和制动灯。同时,为了降低成本,很多车厂会将位置灯和制动灯进行复用(红色),通过配置LED驱动实现不同的电流进行功能区分。
三颗MCU通过CAN总线或者LIN总线,进行车灯效果的同步,以及与车身ECU节点的通信。
从图2框图,我们可以明确知道贯穿式尾灯方案用到的芯片主要有以下四种:主控芯片、电源芯片、驱动芯片和通信芯片。根据“Auto FAE进阶之路”的资料整理,我们进行了适当的补充。1、主控芯片通常选用ARM Cortex M0内核的MCU,外围接口最低的配置需求是一路CAN,一路LIN,一路UART,1路ADC,存储需要128K Flash。如果车厂需要信息安全或者功能安全,MCU就需要加密模块、功能安全认证。如果车厂要求上AutoSAR平台,Flash就需要512K到1MB。常见的尾灯方案中使用的MCU品牌有恩智浦、智芯、云途、杰发、兆易创新、中微半导体等。
汽车尾灯MCU使用最多的是恩智浦的S32K1系列,前两年因为供应紧张,客户都将主控型号集中为S32K144(100pin)。但是从匹配需求的角度来看,S32K116就能够满足。还有英飞凌的TLE9842,TLE984x 产品系列集成了Arm® Cortex®-M0 微内核以及继电器驱动器、高边开关,LIN 收发器和电源系统。智己L7尾灯采用了7颗英飞凌的SAK-TC233LP-16F200F AC,32bit MCU,用来控制灯板上的LED driver来实现不同的动画效果。
国产MCU使用比较多的是智芯、杰发,杰发的AC78013量产最早,但是前两年供货紧张,很多客户更换成了智芯的Z20K11x系列。最近也有一些客户在使用云途的YTM32B1L系列,云途的代码生成工具,软件库等配套生态链相对做得更完善些。中微半导体的MCU之前在西南地区使用的客户比较多,华东地区目前也有少量客户在使用。兆易创新的工业级MCU是国产龙头,但是布局车规MCU较晚,导致使用GD32A503的客户不是太多。
国产MCU还有一家客户选用率较高的是芯旺微的KF32A1xx系列,但是因为他的内核不是ARM核,而是基于自研的KF32内核架构,很多客户对于他后续的roadmap存在担忧。
1.1、矽力杰B系列MCU,对其中的D flash容量作了升级,总flash容量相比同等规格竞品有不小的提升,例如SA32B16的总flash容量实际达到640KB,同系列的其他产品亦是如此。
1.3、极海半导体的G32A1445,不但满足车规要求,同时支持传统三路尾灯显示和贯穿式流水显示,更具高辨识度、高可靠性。
1.5、琪埔维的XL6601,同时满足AEC-Q100汽车可靠性标准和IOS26262汽车功能安全标准的车规级MCU芯片。支持多种通讯接口,例如CAN、LIN、UART、I2C、SPI等,还支持64、80、100 LQFP等多种封装形式,符合车用高可靠性和稳定性要求。
1.6、赛腾微电子的ASM87F0812T16CIT,一款针对汽车LED尾灯控制开发的高性能专用MCU,该芯片选用通过ISO/TS16949认证的汽车级0.11um嵌入式闪存工艺制造,内置全温全压高精度(±0.3%)时钟振荡器、边缘捕获PWM与高可靠的Data EEPROM等专用电路模块等。
汽车尾灯方案中见到的国产主控MCU还是比较多的,因为价格、供应以及技术支持力度都非常不错,且芯片资源能满足绝大部分的尾灯需求场景。2、电源芯片
2.1、BUCK芯片德州仪器在DCDC领域一直是领先的,大部分客户都在用德州仪器的电源芯片,并且现在很多汽车客户都转为德州仪器直供客户,价格和服务支持会更好。LM61460和LM62440现在属于德州仪器主推的新物料;智己L7尾灯采用了3颗芯源的36V/3A降压DCDC芯片MPQ4483和36V/6A降压DCDC芯片MPQ4480;
芯源的MPQ442x系列之前在车载导航客户用的非常多,MPQ4436因为EMC性能比较好,并且最高输出能到6A;
亚德诺/美信的MAX20004,MAX20006在传统的车灯方案用得比较多;Microchip的MIC28514汽车级高压大电流DC-DC,输入耐压高达75V,输出电流可达5A,支持软启动,用于给LED进行预降压供电,从而降低线性LED驱动器上的发热损耗。
总的来说,车规BUCK芯片还是进口占据主导地位,国产使用不多。2.2、LDO芯片常见的尾灯方案中使用的LDO品牌有德州仪器、罗姆、MPS、纳芯微、思瑞浦、瓴芯等。智己L7尾灯采用了英飞凌的TLE42764GV和安森美的LDO芯片NCV4276C。
LDO基本是150~300mA,封装一般是SOT223和SOP8,国内车规LDO和进口的封装基本一样,大部分能pin2pin,对客户来说替换比较容易。
3、驱动芯片贯穿式尾灯方案中,使用数量最多的芯片就是多通道LED驱动芯片,早期UART转CAN的技术还没有成熟时,客户会选择SPI或者IIC接口的LED驱动,现在因为UART转CAN的接术成熟,并且可选品牌非常多,基本都是使用UART转CAN接口的多通道LED驱动。市面上常见的UART转CAN接口的LED驱动芯片,品牌主要有德州仪器、罗姆、艾尔默斯、英飞凌、纳芯微、络明芯、芯源、矽力杰和帝奥微等。整体的参数对比表格如下所示。
德州仪器用得最多的是TPS92910,是一颗40V耐压、12路输出通道(每通道最高75mA),支持开短路诊断的高边驱动方式的线性恒流LED驱动。目前随着贯穿式尾灯使用的LED增多,以及ISD等方案的兴起,TPS929240经常被应用。智己L7尾灯采用了50颗德州仪器的48通道LED Driver芯片TLC6C5748-Q1、TLC5955。
艾尔默斯的E522.49,相比TPS92910通道数更多,单通道电流更高,内部集成了裁剪版的CAN收发器。如果MCU和LED驱动的板间连线,内部集成了完整的CAN FD收发器。如果客户需要支持完整的CAN FD协议可以考虑使用E522.95。
纳芯微的NSL21912,和TI的TPS929120是软硬件兼容,同时修复了TPS929120在PWM占空比为0,通道使能打开时出现微亮的问题。但是耐压只有20V,如果LED功率不高的格栅灯方案中使用会存在风险。上述表格中还列举了TLD7002,MPQ7225,IS32LT3138,DIA82920等芯片,目前也有一些客户在使用。
3.1、聚积科技的MBI6353Q和MBI1841Q可用于贯穿式尾灯,MBI1841Q更内置控制模式,让车尾灯可以实现不同的调光控制和灯效,如渐变、跑马灯或闪烁等,让车尾照明更具风格和个性,并提高整体能见度和道路安全性。3.2、Melexis的LED驱动芯片MLX81143,集成21颗LED恒流源,并可改进整个系统的电源管理;具有非常广泛的调光范围,无论是白天还是夜间都能达到优异的亮度调节效果。MeLiBu®接口支持同时驱动车内多达3000个LED,提供动态安全警示并增强车辆与驾驶员之间的通信。
3.3、Onsemi的NCV7685作为线mA线性恒流驱动能力,支持每个通道独立PWM调光,具有LED故障检测和反馈功能。通过I2C进行控制,可对I2C地址进行配置和编程。
3.4、元芯半导体的YX8265是一款可直驱氮化镓的升降压LED,输入输出均支持到65V范围,并集成高压侧的电流采样,集成模拟电压和PWM高精度调光,集成功能安全单元对LED开路和LED短路进行保护和报警,可完美支持汽车LED矩阵式前照灯ADB控制,尾灯流水灯控制,迎宾模式控制等高端智能车灯应用。
3.5、意法半导体的尾灯驱动产品L99LDLH32和L99LDLL16,通道数量多并集成特有的CAN-FD Light接口,可以构成一种全新的分布式尾灯控制方式。
CAN收发器的使用场景有两部分:用于MCU和外部ECU的通信;用于MCU和LED灯驱的UART转CAN通信。
4.1、CAN收发器CAN收发器芯片品牌主要有恩智浦、德州仪器、英飞凌、安森美、芯力特、川土微、思瑞浦、纳芯微等。智己L7尾灯采用了恩智浦的CAN收发器芯片TJA1042。芯力特是国内最早量产CAN收发器的厂家之一,SIT1051、SIT1042、SIT1043、SIT1044、SIT1145目前在网上都有对应的数据手册和订购渠道。川土微的CA-IF1051、CA-IF1042、CA-IF1043、CA-IF1044目前在网上都有资料。思瑞浦的TPT1051、TPT1042、TPT1043、TPT1044、TPT1145目前都已经量产,并且大部分产品的CAN引脚耐压能够做到±70V和通过德国C&S兼容性认证。纳芯微的车规CAN收发器量产较早,但是因为供应原因,没能抓住前两年国产替换的窗口。现在CAN收发器的价格竞争激烈,再想要获取份额还是有些难度的。
4.2、LIN收发器LIN收发器芯片品牌主要有恩智浦、德州仪器、英飞凌、安森美、微芯、芯力特、川土微、思瑞浦、纳芯微、络明芯。恩智浦是全球领头羊,国产量产芯片基本都是对标恩智浦的TJA1021,少数厂家有在做对标TJA1028的产品。络明芯这一家量产了对标TJA1028的LIN SBC芯片,型号为IS32IO1028。
微芯的ATA663254汽车级LIN收发器,集成了85mA LDO,可以直接为MCU供电,无需额外增加LDO。英迪芯微的第一代集成LIN收发器的尾灯芯片已经在大众为首的一些厂家已经实现量产,第二代集成CAN收发器的尾灯Stream G0芯片已经开始送样阶段。
例如英迪芯微的iND83220,集成CAN PHY的多通道LED恒流源,其集成了高达27路恒流源,每路恒流源可以支持最大60mA,同时集成ARM M0内核,可单片实现颜色校准算法处理、电源管理、GPIO控制、LED驱动等功能,还采用16 bit的PWM控制,并集成PN节电压检测电路,既可支持RGB驱动+混色控制,也可以支持单色LED驱动。贯穿式尾灯还需要内置大量灯珠,通常使用LED或OLED灯珠等,灯珠原厂有艾迈斯欧司朗、CREE、晶科、鸿利智汇、翌光科技、伟方成、统明亮、艾笛森光电、弘凯光电、瑞丰光电、升谱光电、天成、宇亮光电、天电光电等。
综上所述,新能源汽车芯片的选型及设计并非易事。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平台,过去数年已积累了海量极具优势的芯片货源。我们聚焦服务元器件长尾客户群,让每一家芯片原厂或分销商的每一款芯片,在Design In、Design Win和流通中更高效,帮助工程师的方案选型、试样及采购,为电子产业供需略尽绵薄之力。
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