大趨勢的變革皆離不開專用半導體晶片，而這些晶片需要跟隨先進之電源管理概念，驅動從LED等毫瓦級的負載，到瞬間耗散功率高達200W的大功率直流馬達。除此之外，汽用電子模組還需要配備高標準化的通訊介面，例如，CAN以及LIN物理層。
隨著軟硬體研發成本和複雜性不斷提升，加上來自OEM廠商對於性能和功能越來越困難，如何確定一個正確的系統架構，以合理的成本來增加新的功能，而且不會影響品質和性能是車商所面臨的一大挑戰。此外，OEM廠商還要求搭配具成本效益的擴充式解決方案，從入門車款拓展到頂級車款，以便在不同平台和車款上攤提研發成本。
BCD製程技術滿足車門區電控模組要求
車門區電控模組(圖1)是一個大家熟悉之可擴充驅動的車用系統，此應用概念是透過單一IC來驅動車門區的多個負載(門鎖馬達、可調可折疊後視鏡、除霜器、車窗升降馬達，以及LED到白熾燈等照明功能)。可擴充的驅動器可與軟硬體兼容，提供車門電控模組的多樣化要求。
在過去十餘年裡，車用半導體廠商研發出了若干款車門致動器驅動晶片，並隨著汽車電氣負載數量持續增加，為這些產品新增不同功能，對封裝以及晶片製造技術和IP內核心進行了優化。在車門區電子元件中，除了驅動晶片(圖2)外，還有一個電源管理IC，為電控元件提供更強大的系統電源，包括各種待機模式和通訊層(主要是LIN和/或HS CAN)。電源管理晶片通常整合兩個低壓差穩壓器，為系統微控制器和周邊配備負載(感測器等周邊)供電，還包含增強型系統待機功能，以及可設定的本地和遠端喚醒功能。
為順應新的車用電子技術發展趨勢，車用半導體元件必須具備高效、安全，以控制更多的電氣負載，且最大限度地降低靜態電流。同時，還須採用高整合度解決方案來減少元件數量，以縮減電路板空間、降低產品重量，以大幅簡化設計。
為此，車用電子元件供應商如意法半導體(ST)便研發專門優化之BCD(Bipolar、CMOS和DMOS)半導體製程技術。像是該公司旗下的0.16μm BCD8S解決方案，為高整合度單晶片解決方案(圖3)，可滿足電源管理、故障保護和車門負載驅動等應用的技術需求。
這項技術還能提升效能和運算能力，將晶片的接面溫度提高到175℃，達到汽車OEM廠商嚴格規定的標準接面溫度，破解單晶片整合電源管理和執行制動器驅動晶片等極具挑戰的熱管理難題。除此之外，意法半導體還透過L99DZ100G/GP前車門控制器晶片和L99DZ120後車門控制器晶片，協助設計人員節省產品空間，同時提升車門控制模組的可靠性和效能。
單晶片解決方案簡化開發時程
另一方面，以前的車門區專用標準產品(ASSP)解決方案需要2個晶片，一個12mm×12mm(TQFP64)的車門執行致動器驅動晶片和一個10mm×10mm(PowerSSO-36)的電源管理晶片，而意法半導體的車門區控制單晶片解決方案只需一個與TQFP64相同尺寸的LQFP64(圖4)即可取代。這對於PCB電路板小型化非常重要，其能夠適應更嚴峻的空間要求。
除了利用新的BCD技術縮減裸片尺寸之外，還可透過新的創新封裝結構降低封裝面積，在縮小車門系統IC的同時，能夠有效提升輸出電流峰值和功率密度，且全系產品軟體相互相容，還有助於簡化開發，縮短產品上市時間。同時，BCD8S車用電子技術在此單晶片解決方案中發揮著關鍵作用。該方案具備多種功能，包括內建半橋和高達7.5A的高邊驅動器，可以滿足車門區應用的新要求。該方案另整合高速CAN(HS-CAN)和LIN 2.2a介面(SAE J 2602)、控制模組和保護電路。
除了上述功能外，L99DZ100GP還支援ISO 11898-6 HS-CAN標準的選擇性喚醒，讓使用頻率不高的ECU進入睡眠模式，同時保持與CAN匯流排的連線，可最大限度地提升節能效果。
兩款前門控制器皆整合了MOSFET半橋，可以驅動多達五個直流馬達和一個外部H橋。此外，這兩款晶片另有八個LED驅動器和兩個白熾燈驅動器、一個後視鏡加熱器閘極驅動器和一個車窗電致變色玻璃控制模組。其它特性包括外部電路(微控制器、感測器等)穩壓器，以及相關的定時器、看門狗、重置產生器和保護功能。後門控制器L99DZ120亦具備類似功能，例如，電動車窗升降馬達驅動器。
為汽車配備更多電子系統和功能有助於增加賣點，但更多的電子配置也提升了功率需求。因此，必須精準分析每個系統在各種工作條件下的功耗，尤其是純電動汽車，浪費電力就等於縮短續航里程；電氣零件越多，泄漏電流越大，這是不可避免的。因此，所有車商都非常看重靜態電流和待機電流低的產品和/或技術。
因此，新車門區控制器晶片上整合一個有多種低靜態電流模式的先進電源管理模組(待機/睡眠、定期監測、專用低電流模式LDO穩壓器、定時器、接觸設備電源)。在VBAT待機模式之下，靜態電流降至10μA以下，處於7μA-8μA區間內，是雙晶片IC(車門區驅動IC+電源管理IC)拓撲結構的二分之一。對於車門應用，在透過外部接觸設備監測或是通訊介面(LIN、HS-CAN或支援選擇性喚醒的HS-CAN)之物理層喚醒壓器之前，控制器不會為微控制器(MCU)供電。
另外，新一代車門區控制器不僅在一個封裝內整合了以往的車門區致動器驅動晶片和電源管理晶片，還另外增加了一些新功能，以因應新的汽車發展趨勢。像是為支援自動LED工作周期補償功能，便提供一個新的IP模組，內部補償演算法利用電源電壓測量值修正LED驅動器功率的工作周期，確保LED在ECU電源電壓波動時也能保持均勻的亮度。開發者可根據不同的負載靈活設定工作周期補償功能，使用不同的LED以及串聯LED，進而節省外部微處理器的負荷，並最大限度地減少SPI的數據流量。
熱群集概念是新控制器的另一個特性，在發生短路時，該特性可單獨禁用短路的輸出通道，而其它輸出通道保持正常運作。為了符合電動窗安全操作的需求，新控制器還提供一個專用IP內核心，在發生系統錯誤時，能夠使車窗進入安全狀態，避免車窗升降動作失控。根據安全要求，該IP內核心與晶片其餘部分之間有一個深溝槽隔離層，這是BCD8s技術的另一個有價值的特性。自偏置方法使該IP模組在電池沒電時仍能正常運作。
簡而言之，隨著汽車技術的發展，未來將會湧現新的需求，例如，驅動更多的直流大功率馬達。為此，汽車電子元件供應商如意法半導體，便採用模組化方法開發這些晶片，可在新配置內整合更多的IP內核心，升級擴充車門區控制系統。除車門應用外，新系列產品還將被用於其它汽車系統，以最佳方式驅動負載，例如，電動後備箱蓋模組或天窗具有類似的系統要求。未來，專用ASSP也將進入這一市場。
