车规级MCU新品介绍:ST SPC56和NXP FS6600系列

2021-03-05 17:37 易库易


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SPC56系列PowerArchitecture®32位汽车微控制器


近日,意法半导体(STMicroelectronics)通过延长适用于车身,底盘和安全微控制器的寿命延长来推动汽车创新通过延长寿命计划到20年,SPC56汽车微控制器的可用性至少可以保证到2034年。

由将整合的设计和经过验证的软件轻松地移植到新的应用程序中,用户可以延长其成功产品的使用寿命,并继续依靠SPC56通用和高性能汽车微控制器进行新设计,从而节省了开发资源和成本。

SPC56系列PowerArchitecture®32位汽车微控制器通过单核和多核选件提供了可扩展的性能,其非易失性存储器密度为256KB至4MB。MCU具有多种外部接口,并支持流行的汽车连接标准,例如LINFlex,FlexCAN和FlexRay™,同时还包括10位和12位分辨率的ADC以及多个DSPI串行外设接口。

SPC56系列包括为车身和网关应用量身定制的通用汽车微控制器,提供丰富的连接选项,包括I2C,快速以太网,带有看门狗和定时器(eTPU,eMIOS)的灵活ADC通道。SPC56性能MCU面向动力总成和底盘安全领域(例如安全气囊控制),通过多核选件提供更高的性能。对于安全性至关重要的应用,设计人员可以从支持ASIL-D功能安全性的器件中进行选择。内置的安全功能包括存储器纠错码(ECC)保护,故障收集和控制单元(FCCU)以及芯片故障安全模式。

SPC5系列32位汽车微控制器旨在适应各种汽车应用,从网关,电动汽车和ADAS到发动机和变速箱控制,车身,底盘和安全性。

SPC5微控制器基于Power PC架构,提供多达3个内核,工作频率高达200 MHz,结温为165°C。 

设计符合汽车AEC-Q100标准,SPC5微控制器可提供: 

寿命:15年保证,对于SPC56系列可延长至20年

安全性:高达ASIL-D

安全性:具有符合Evita和SHE的硬件加速(HSM)的安全密钥存储。

工作温度:-40至165°C(T J)时可保证完全工作

数据完整性:高达10 MB的ECC闪存,250 Kcycles的耐久性和高温数据保留能力

通信:CAN-FD,以太网,LIN,DSPI和FlexRay。


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SPC560B50L5C6E0Y

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SPC560B64L7C6E0X

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NXP Semiconductors FS6600 S32S2 MCU用安全SBC


NXP Semiconductors FS6600安全SBC是一款汽车用、功能安全的多输出电源集成电路。FS6600 SBC是S32S2微控制器的主要配套芯片。FS6600的环境工作温度范围为-40℃至125℃,电源电压范围为-0.3V至60V或2.7V至60V。

NXP FS6600电源IC包括多开关模式和线性稳压器,具有增强的安全特性,包含故障安全输出。这包括FS6600集成到全部件安全导向系统中,最高达到ASIL D级安全完整性。该器件设计符合ISO 26262标准,并将满足AEC-Q100 rev H的要求。

FS6600 S32S2 MCU用安全SBC设计用于传动系、安全和底盘汽车应用。


Operating Characteristics

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特性

最大输入电压:60VDC

多个SMPS和LDO,为S32S2微控制器供电

待机OFF模式:10uA超低休眠电流

带CRC的32位SPI接口

ASIL D用FIT,带独立安全监控单元

规范

环境工作温度范围:-40℃至125℃(最小值至最大值)

器件功能 - 线性稳压器、安全电源和SMPS

过热、过压、欠压、限流保护

电源电压:-0.3V至60V、2.7V至60V(最小值至最大值)

应用

电池管理系统

电气牵引

高压直流/直流转换器

混合动力汽车(HEV)应用

内燃机


框图

图片SBC应用示例

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MC33FS6600M0ES

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MCU是汽车控制的核心芯片

微控制器(Micro-controller Unit,简称MCU)是指把中央处理器的规格与规格做适当缩减,并将内存、计数器、模数转换器(A/D转换)、异步收发传输器(UART)、可编程逻辑控制器(PLC)以及各种输入输出结构等整合在单一芯片上,形成芯片级的计算机,被广泛地应用在消费电子、计算机和通信、工业、汽车电子、物联网等领域。传统应用的升级以及新兴应用的带动,仍在不断触发MCU潜力。

随着智能汽车的发展,用户对汽车的安全性、稳定性、智能性不断提出更新的要求,每一个车载功能的实现都需要复杂的芯片组和算法的稳定支撑,MCU将发挥更大的作用。


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图1  MCU产品示意图


常用的车用半导体芯片主要分为控制类半导体、功率类半导体和传感器,MCU一般是用于汽车控制的核心芯片。IC Insight数据显示,2019年车规级MCU销售额占MCU总销售额的39%,预计车规级MCU的需求和用量也将进一步提升。对于智能汽车来讲,车规级MCU的应用范围将更为广泛,无论是简单的驾车操作,比如发动机控制、雨刷器、车窗控制、电动座椅、空调等控制单元,还是到复杂且智能的车载功能,比如车身动力、行车控制、信息娱乐、辅助驾驶等,每一个功能的实现都需要复杂的芯片组和稳定的算法作为支撑。iSuppli报告称,一辆汽车内的半导体器件数量中,MCU芯片约占30%,平均每辆汽车大约需要70颗MCU,而一辆新能源汽车大约需要300多颗。


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图2  汽车MCU分布广泛


MCU将是“汽车大脑”的重要组成

MCU作为汽车智能大脑,扮演核心的“思考、运算、控制”的功能,随着汽车的电子电器架构向集中式演进,MCU不仅需要继续承担色彩信息、空间信息等高维数据的采集、转换和传送功能,还需要承担智能决策控制的核心角色,随着自动驾驶等级的逐步提高,MCU市场有望加速增长。

以自动驾驶车辆的电子控制系统为例。在驾驶过程中,各类传感器会将采集的数据传送给底盘系统、动力系统、制动系统和驾驶系统的MCU中,由MCU进行数据的采集和转换,并传递给中央系统进行数学运算和驾驶决策制定,中央系统会继续将决策指令传回到MCU中,由MCU传达到底盘系统、动力系统、制动系统和驾驶系统中的执行对象来进行指令的执行,从而实现MCU对各个执行对象的智能控制。


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图3  MCU成PC端与信息采集的核心枢纽


以新能源汽车的车辆控制系统为例。整车控制器(Vehicle Controller Unit,简称VCU)是实现整车控制决策的核心电子控制单元,是新能源汽车的中央控制单元。VCU通过采集油门踏板、挡位、刹车踏板等信号来判断驾驶员的驾驶意图,并通过监测车辆状态(车速、温度等)信息,由VCU判断处理后,通过MCU向动力系统、动力电池系统发送车辆的运行状态控制指令,从而实现对发动机和车载电力系统工作模式的控制。


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 图4  新能源汽车整车控制器示意图


智能网联推动车规级MCU升级,32位已成主流发展方向
在ADAS以及自动驾驶领域中,MCU主要配合负责感知的高算力MPU或SoC,根据当前车辆的运动状况和感知目标进行控制变量的计算。在汽车向智能化系统演变的过程中,行业和政策对于智能汽车安全性、环保性的规定越来越高,所以对MCU的控制运算能力有了更高的要求。尤其是域控制器和众多ECU的执行架构成为了汽车电子控制的主流架构,其对算力、网络接口的功能有了更高的需求,同时需要降低功耗,这对MCU芯片提出了更高的要求,也直接推动了车规级MCU的升级。

从总线宽度方面,车规级MCU逐渐由8/16位升级到32位,32位MCU工作频率大多在100-350MHz之间,处理能力和执行效能比8/16位更好,其应用也更为宽泛。此外,随着先进制程工艺的采用,32位MCU的成本逐年降低,价格上将更有竞争力。未来,随着汽车智能化程度的不断增加,车规级MCU将向多功能集成及超低功耗方向发展,且使用数量将不断增加;同时,大量使用的车载传感器、车载摄像头,也需要高性能的MCU来做模拟数据的运算处理与驱动控制。因此,在未来更高阶自动驾驶等级的汽车中,加以多传感器融合的大趋势下,32位车规级MCU将成为主流产品。


图片 图5  车规级MCU的应用领域


从工艺制程方面,目前主流为55nm工艺制程,未来40nm和22nm制程有望得到推广。相对于目前集成电路5nm、3nm的先进制程,40nm和22nm并不是前沿的技术节点,不过对于车规级MCU已经足够。工艺越先进的MCU动态功耗越好,但静态功耗反而会因此变差,市场普遍认为40nm和22nm是非常适合MCU的技术节点,在这两个尺寸上面的MCU可以实现成本最优。



---本文数据及资料来源自STNXPMouser、MIKROE、电子迷、经纬恒润、工研院,国泰君安证券研究等官网

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