1.汽車模擬類芯片介紹

首先我們來了解一下，到底什么是模擬芯片？與只能對離散數字信號進行算術和邏輯運算的數字芯片不同，模擬芯片是由電容、電阻、晶體管等組成的模擬集成電路，它可以將現實世界中的聲音、光線、溫度、壓力等信息轉換為電壓或電流，實現電信號的放大、濾波、變換等功能。根據實際應用與功能，模擬類芯片主要分為以下幾個類別：運算放大器/比較器、音頻功率放大器、模擬開關、模數A/D和數模D/A轉換芯片、電壓基準芯片、邏輯芯片以及接口芯片。




以B級汽車為例，傳統燃油車型模擬芯片的用量約在160顆，電動車型則需要多達400余顆，而C級電動車更是超過了650顆。
IC Insights數據顯示，汽車是模擬芯片的第二大應用市場。在2022年車用模擬芯片需求已占到整個模擬芯片市場的24%左右，到2027年，單車模擬芯片的價值量將達到300美元，年復合增長率超過10%。除了汽車外，工業、能源、消費等領域也大量使用模擬芯片，其前景非常廣闊。
全球汽車模擬IC市場中，德州儀器、ADI、英飛凌、NXP、安森美、瑞薩等有較強的競爭力。國內企業在車規類產品起步較晚，與國外相比，從產品豐富度到技術水平還普遍存在較大差距。
對于車載模擬芯片的未來，會朝著高集成度和高可靠性的市場趨勢發展。為了提高設計的功率密度，主機廠和零部件供應商更傾向于使用更高集成度、功能更全的模擬IC。另外，高可靠性、高一致性一直是汽車行業追求的目標，芯片可靠性是國內模擬IC公司需要重點注重提高的方向。





2.運算放大器
運算放大器(0perational Amplifier，0p-amp)是一種交直流耦合、差模輸入、通常為單端輸出的高增益電壓放大器，初期應用于加法、減法、微分和積分這些模擬運算電路中，可以實現信號放大和傳輸等功能。運放一般工作在線性區域內，運放是一種高增益、高輸入電阻、低輸出電阻的放大器。
運算放大器在車載的應用非常廣泛，任何涉及到信號采樣或反饋的地方都可能用到運算放大器。根據不同產品對運算放大器的不同要求，不同運算放大器之間的參數差異也會非常明顯。



3.比較器
比較器的功能是比較兩個或更多數據項，以確定它們是否相等，或者確定它們之間的大小關系和排列順序，這稱為比較。可以實現此比較功能的電路或設備稱為比較器。比較器是將模擬電壓信號與參考電壓進行比較的電路。比較器的兩個輸入是模擬信號，輸出是二進制信號0或1。當輸入電壓的差值增大或減小并且正負符號保持不變時，輸出保持恒定。
在汽車電路中常用來作為信號測量、越限報警，來保證電路工作異常時不至于損壞，要求相應速度足夠快，保證保護動作的快速實施，并且及時向MCU發送報警信號來采取下一步的措施。


4.音頻功率放大器
車載功放其作用是將音頻輸入的信號進行選擇與預處理，進行功率放大，使電信號具有推動音箱的能力。汽車功放和普通家庭影院中的功放略有不同，由于很多車載主機集成了功率放大功能，起到前級放大功能，因此車載功放有時又被稱為后級放大，也就是說可以連接已經放大過的高電平輸入。

5.模擬開關
當模塊開發的主要目標是通道數最大化時，板空間就會變得很珍貴。開關是提高系統通道數的關鍵，但隨著開關數目增加，開關本身、邏輯線路及生成這些邏輯信號所需的器件會占用大量板空間，使可用空間減少。最終，受制于控制開關本身所需的相關因素，只能實現很有限的通道數。

多路轉換器的作用主要是用于信號的切換。集成模擬電子開關在小信號領域已成為主導產品，與以往的機械觸點式電子開關相比，集成電子開關有許多優點，例如切換速率快、無抖動、耗電省、體積小、工作可靠且容易控制等。但也有若干缺點，如導通電阻較大，輸入電流容量有限，動態范圍小等。因而集成模擬開關主要使用在高速切換、要求系統體積小的場合。在較低的頻段上f<10MHz），集成模擬開關通常采用CMOS工藝制成：而在較高的頻段上（f>10MHz），則廣泛采用雙極型晶體管工藝。

汽車系列模擬開關的產品，著力解決車載智能通信、信息娛樂、高級駕駛輔助系統(ADAS)、先進診斷和引擎控制模塊、牽引和穩定性控制模塊，以及電動車窗、車鎖和后視鏡等快速增長的車載細分領域中的信號開關需求。這些應用需要音頻、視頻、總線和通信接口開關，用來對信號進行橋接和路由。


6.模數/數模轉換器
（1） 轉換器的應用領域
車規數據轉換器分為數模轉換器和模數轉換器， 主要用于模擬信號和數字信號之間的轉換，是一類通用的用于信號采集和控制的器件，作為物理量和數字量之間的橋梁。在汽車中的典型應用領域如下：
· 電池管理系統
· 電驅、電控
· OBC
· 激光雷達
· 影音娛樂
· 儀表盤
· 電流傳感器
· 壓力傳感器

（2） 車規數據轉換器的作用
車規模數轉換器主要用于對汽車上各種電信號的采集，并配套各種傳感器對各種物理量進行監控。主要用法如下：
對系統中各個電壓點進行采樣并轉化成數字信號。包括高電壓和低電壓，單端或者差分。高電壓可以通過電阻分壓等形式來降低到合適的電壓范圍。
結合shunt電阻，對通路電流進行采樣并轉成數字信號。一般是差分信號，或者利用運放轉成單端信號給到模數轉換器。
結合模擬輸出電流傳感器，對電源軌電流進行采樣并轉成數字信號。
配合各種傳感器以及前端放大等電路，對聲音、光、壓力、溫度等物理量進行采集并轉成數字信號。
車規數模轉換器主要用于產生各種模擬的控制信號。主要用法如下：
產生可調電壓信號，有低壓和高壓，單端或者差分等形式。高壓可以用低壓數模轉換器配合外部低壓轉高壓的電路來實現。
產生可調電流信號。
配合驅動電路以及相應的驅動器、光電二極管或者麥克風等器件， 對溫度、位移、轉動等物理量進行控制，或者產生聲音、光等信號。

7.電壓基準芯片
并聯型基準參考源，顧名思義基準源的輸出引腳是與負載并聯的，接法跟穩壓二極管很相似，但是原理上大不同。穩壓二極管靠的是達到一定電壓后齊納擊穿，來穩定輸出電壓。并聯型基準參考源內部存在負反饋，形成一個反饋環，實時調節吸入電流的大小，來維持輸出電壓的穩定。

電壓基準在車載的應用非常廣泛，包括動力系統中的車載充電機，牽引電機驅動器，電池管理系統等，另外也可以應用于車身電子及照明、娛樂導航系統及儀表、自動駕駛及輔助駕駛，還包括像安全氣囊等所有用到電壓參考的地方，因此電壓基準芯片在車上的用量非常大，每輛車可達幾十顆。

8.邏輯芯片
邏輯芯片主要分為與門、或門、非門等小邏輯門電路以及電平轉換電路。
(1) 邏輯門芯片
邏輯門是在集成電路上的基本組件，簡單的邏輯門可由晶體管組成，這些晶體管的組合可以使代表兩種信號的高低電平在通過它們之后產生高電平或者低電平的信號，高、低電平可以分別代表邏輯上的“真”與“假”或二進制當中的1和0，從而實現邏輯運算。最基本的邏輯關系是與、或、非，最基本的邏輯門是與門、或門和非門。在汽車應用中，門電路常應用于保護電路中，由于功率器件的驅動電路都需要保護進而保護功率器件本身，這些驅動常常搭配門電路做到防止直通、防止誤開關等保護作用。
(2) 電平轉換芯片
電平轉換電路是指將一個電壓的電平轉換為另一個電壓的電平的電路。汽車應用中，由于ECU的使用非常多，而各種ECU之間常常需要通訊來交換信息，但是由于ECU的供電系統有差異，使得ECU輸出信號的電平不一樣，因此要使不同供電ECU之間能順利通訊，在通訊通道中必須加入電平轉換電路。
目前，包括小邏輯和電平轉換在內的邏輯芯片在車上主要用于車身電子控制模塊BCM，車聯網系統TBOX；另外，小邏輯芯片也廣泛應用于電源轉換產品，例如車載充電機、電機驅動等用來作為邏輯保護使用。

9.汽車模擬芯片必須通過的車規級AEC-Q100認證
① AEC-Q認證是國際汽車電子領域的準入門檻
AEC即Automotive Electronics Council，是美國汽車電子委員會的簡稱。AEC由克萊斯勒，福特和通用汽車發起并創立于1994年，目前會員遍及全球各大汽車廠、汽車電子和半導體廠商，符合AEC規范的零部件均可被上述三家車廠同時采用，促進了零部件制造商交換其產品特性數據的意愿，并推動了汽車零件通用性的實施，為汽車零部件市場的快速成長打下基礎。AEC-Q為AEC組織所制訂的車用可靠性測試標準，是零件廠商進入汽車電子領域，打入一級車廠供應鏈的重要門票。

AEC-Q100是AEC的第一個標準，主要是針對車載應用的集成電路產品所設計出的一套應力測試標準，此規范對于提升產品信賴性品質保證相當重要。AEC-Q100是預防可能發生各種狀況或潛在的故障狀態，對每一個芯片進行嚴格的質量與可靠度確認，特別對產品功能與性能進行標準規范測試。

② 要求通過AEC-Q100標準的車用集成電路IC
模擬芯片：運算放大器/比較器、音頻功率放大器、模擬開關、模數A/D和數模D/A轉換芯片、電壓基準芯片、邏輯芯片以及接口芯片。

除模擬芯片外，還包括控制類芯片、驅動類芯片、計算類芯片、存儲類芯片、傳感類芯片、通信類芯片、功率類芯片、電源類芯片、安全類芯片等。

③ AEC-Q100：集成電路試驗方法零件工作溫度等級定義
?等級0：環境工作溫度范圍-40℃~150℃；
?等級1：環境工作溫度范圍-40℃~125℃；
?等級2：環境工作溫度范圍-40℃~105℃；
?等級3：環境工作溫度范圍-40℃~85℃。 

④AEC-Q100車用IC產品驗證流程



⑤ AEC-Q100測試項目分組
群組A--加速環境應力測試(PC、THB/HAST、AC or UHAST  or TH、TC、PTC、HTSL)共6項測試
群組B--加速生命周期模擬測試(HTOL、ELFR、EDR)--共3項測試
群組C--封裝組裝完整性測試(WBS、WBP、SD、PD、SBS、LI、BST)--共7項測試
群組D--芯片制造可靠性測試(EM、TDDB、HCI、BTI、SM)--共5項測試
群組E--電性驗證測試(TEST、HBM、CDM、LU、ED、FG、CHAR、EMC、SC、SER、LF)--共11項測試
群組F--缺陷篩選測試(PAT、SBA)--共2項測試
群組G--腔體封裝完整性測試(MS、VFV、CA、GFL、DROP、LT、DS、IWV)--共8項測試

⑥ 北測芯片測試能力及AEC-Q100技術要求


關于北測
北測集團（以下簡稱"NTEK"）成立于2009年，總部位于深圳，主要從事智能網聯汽車、電子通信、新能源的研發驗證、檢驗檢測、失效分析、仿真模擬和市場準入等質量研究技術服務。
北測擁有豐富的車規級電子認證經驗，已成功幫助100多家企業順利通過AEC-Q系列認證，通過AEC-Q100對每一個芯片個案進行嚴格的質量與可靠度確認。
北測集團以車企車規芯片國產化需求為牽引，依托國產半導體產業基礎，提供完善的檢測認證服務，通過AEC-Q100車用標準嚴格把控汽車芯片安全質量，助力國產車規級芯片大力發展，為打造智能汽車安全體系再添新動力。