技術頻道

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。 圖1　車用系統示意圖 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。 圖2　車門區電子元件包含驅動晶片和電源管理IC。 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。 圖3　高整合度單晶片解決方案可滿足汽車OEM業者需求。 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。 圖4　車門區控制單晶片解決方案可縮小體積並提升功率密度。 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。 (本文作者任職於意法半導體)

對於許多的資料中心營運商來說，降低功耗都是他們的首當要務，以降低營運費用。而DDR5目標就是提供資料中心所需的增強效能以及功率管理功能，為400GE的網路速度提供良好支援。 新型的JEDEC DDR5將提供經過改善的效能，與上一代的DRAM技術相比，功率效率更高。DDR5將提供兩倍於DDR4的頻寬和密度，同時還改善了通道的效率。這些增強功能與針對伺服器和用戶端平台而提供的更加易用的介面結合到一起，將在一系列廣泛的應用中實現極高的效能並改進功率管理。 無論如何，一些主要的製造商很快即將發布他們的第一款DDR5記憶體模組，將更高的頻寬和更低的功耗推出市場。新模組將引入新一代的高速記憶體，從而取代現有的標準。 DDR5提高功率/效能 與DDR4技術相比，DDR5改善了效能並且提高了功率效率，因此，對緊湊而又穩健的DIMM插槽的需求比以往任何時候都要重要，以便為這種新技術提供支援。 例如莫仕(Molex)的DDR5 DIMM插槽比DDR4時代的產品更加緊湊，縮小整體尺寸與高度，此外還具有防屈曲功能，實現平穩的模組插入，並提供冠形的觸點以防止觸點斷裂。 DDR5 DIMM插槽的頻寬和密度比DDR4提升了一倍，可以提供6.4Gbps的速度，高度降低後的底座面可以節省更多的印刷電路板空間與豎向空間。DDR4和DDR5的針數保持相同，這兩種DIMM都含有288個插針；DDR4和DDR5的螺距也相同。除了增加速度以外，在整體尺寸和模組卡的厚度上存在著一些區別。 另外DDR5插槽連接器的尺寸要短於DDR4。對於模組卡的厚度來說，DDR4為1.40+/-0.1毫米，而DDR5將達到1.27+/-0.1毫米。至於底座面，將從DDR4的最大2.4毫米縮減為DDR5的2.0毫米最大值。 使用穩定連接器至關重要 當需要遷移到DDR5時，設計人員應當牢記幾個特定於插槽連接器的主要考慮因素。DDR5插槽採用了鍵控功能來防止插入DDR4模組，而且DDR4模組在DDR5中無法工作，反之亦然。 DDR5的確需要更高的速度。如果採用SMT端接，那麼在製程上可能會存在挑戰，與TH或PF端接方式相比或許更難以加工。CTE與印刷電路板的不符合會造成連接器的動態翹曲。隨著自動模組插入製程的到來，使用一種穩健的DDR5連接器就變得更加關鍵。DDR5插槽在插鎖塔上配備一片金屬，可以改善機械強度。 DDR5採用的模組卡更重一些，並且模組重量可能會從50克增至65克。因此，需要考慮採取良好的措施，以機械方式將連接器保持固定在印刷電路板上。 具防斷裂觸點連接器　確保電氣可靠性 在尋求推進到DDR5的過程中，需要牢記幾個方面。請考慮使用一種具有防斷裂觸點的連接器，可以實現穩健的配對接觸效果並確保電氣上的可靠性。耐高溫的無鹵尼龍外殼可以支援較高的回流溫度，同時提供環境上的可持續性。耐振動耐衝擊焊片在條件苛刻的作業過程中可提供最優的效能以及牢固的印刷電路板保持效果。此外，插槽上的金屬嵌件支援嚴格的閉鎖作業，同時可對插鎖塔進行強化。人體工學設計的穩健插鎖在閉鎖過程中以及模組卡釋放時可改善撕扯力以及抗振性。為了解決插針壓碎的問題，可以尋求使用設計良好的端子與外殼。 對於DDR5上的其他考慮事項，動態翹曲可能是一個需要關切的問題。在加工方面，與TH端接方式相比，SMT端接將更具挑戰性，並且更加困難。必須妥善的控制組立製程，同時設計與外殼材質的選取也極其重要。經最佳化的成型製程可以降低外殼內積聚起的內部應力。 隨著資料中心內的速度不斷提升，DDR5將成為一個理想的選取，為這種速度上的提升提供支援。DDR5插槽的生產正在穩步增長，並且將在下一年保持這一成長勢頭。為解決上述問題，有業者提供種類廣泛的記憶體連接器，符合有關雙列直插記憶體模組(DIMM)和單一內嵌記憶體模組(SIMM)的JEDEC產業標準要求，並且還為筆記型電腦、桌上型電腦、工作站、伺服器、儲存及通訊應用提供自訂的記憶體模組。 (本文作者為Molex產品經理)

電子鼻或環境感測器是目前需求量很大的一項技術。對這類感測器感興趣的背後有許多因素，包括室內和室外污染程度的增加，以及消費者對上述情況影響健康和生活品質的意識增強。能源效率是推動開發有效、精確的環境感測器的另一個關鍵因素。展望未來，如果能取得可行且準確的環境感測技術，將能帶來巨大的利益。 室內空氣「污染」日益凸顯 由於人類活動和環境條件的結合，大多數人都曾在電視上看到世界主要城市煙霧瀰漫的影像。然而，人們通常不知道室內空氣污染也是同樣嚴重的問題。美國環境保護署(EPA)等團體所做的研究發現，室內空氣品質平均比室外空氣品質差二到五倍。世界衛生組織(WHO)發現，室內空氣品質差是導致各種可預防的健康問題的重要原因。他們的研究顯示，東南亞和西太平洋地區有超過百分之五十可歸因於空氣污染的死亡，是由室內空氣品質造成的。 在較不極端的情況下，室內空氣品質差會導致疲勞，並對注意力集中、表現和決策產生負面影響，這種現象稱為病態建築症候群。考量到大多數人待在室內就占了80%~90%的時間，這個問題變得更不容忽視。為了節省冷暖空調所耗用的能源而實施隔熱和氣密的現代住宅設計，卻出現了意外副作用，包含污染物和氣體不易消散、容易累積；如此一來，住家內的空氣品質可能比大門外的空氣品質差了數倍。 住家的污染物來自何處？其中一種常見來源是家裡日常用品中的揮發性有機化合物(VOC)，例如黏著劑、溶劑、電器甚至是地毯。但是，VOC並非室內污染物的唯一來源。二氧化碳(CO2)是一種無色無味的氣體，也是呼吸的副產品。二氧化碳以約400ppm自然存在於大氣中，但在室內環境中可以發現其濃度相當高(圖1)。二氧化碳若超過正常標準，可能導致人類出現各種副作用，例如注意力喪失、疲勞、生產力降低、情緒改變、頭痛等。 圖1　二氧化碳對人類決策表現的影響 環境空氣品質感測 能夠準確感知周圍的環境，讓我們有機會調整環境或提醒人們正處於不安全的狀況。只要思考一下其中的可能性，就能發現各種用途。想像一下，智慧家庭裝置能夠主動並準確地監控家中的空氣品質，嗅出人體的鼻子無法偵測到的有害氣體。智慧家庭控制系統可以偵測諸如二氧化碳濃度增加等情況，並視情況調整通風系統。根據空氣品質調節暖氣、通風和空調(HVAC)，可節省高達50%的HVAC設備所需的能源，這將能節省建築物25%的總能耗。 另一種可能性是將其安裝在路燈上的空氣品質監測系統，以便掃描空氣污染情況，並將數據回報至中央監測站。可分析該數據並調整交通流量，將車流引導至替代路線；如此一來，便能減少導致該區域空氣品質低落的汽車數量。 透過有效的空氣品質感測，行動裝置和健身設備可以監控環境並警告使用者空氣品質不良。這些感測器不僅可監控家中的空氣，還可以監控車內空間，因為該空間是我們從住家和辦公室之間通勤時所待的地方。 發展可靠、簡易二氧化碳感測技術 有幾種方法可用於偵測二氧化碳。目前的偵測方法是以非分散紅外線(NDIR)感測器進行，這個方法最昂貴也最準確。這類裝置是簡單的光譜感測器，通常用於偵測氣體，例如在大樓自動化應用中。典型的NDIR是相當龐大的感測器，由紅外線光源、樣品室、光譜濾光片，以及參考和吸收紅外線探測器組成。 目前，市場上還沒有具有成本效益且精確的二氧化碳感測器。部分供應商已開發出可偵測室內環境中各種污染物的感測器，然後利用演算法計算出等值二氧化碳(稱為eCO2)。該解決方案假設二氧化碳污染源主要來自在場人員，而其結果是基於各種假設的最佳推測。由於上述eCO2讀數僅為估算值，因此基於此可能不準確的資訊做出的室內空氣品質控制決策，可能導致不必要的通風而消耗能源。 eCO2感測解決方案 廠商在環境中進行了一些測試，在實際的狀況下測量室內的二氧化碳濃度。使用工業級感測器記錄正確的CO2測量值，然後與使用常見的消費級MOX感測器測量的eCO2進行對比。測量是在各種情況下進行的，包括在壁爐中先後燃燒木材和煤、用水壺燒開水、打開和關閉窗戶，以及烹煮食物。圖2顯示測量結果。 圖2　建築物中的空氣品質測量 eCO2測量值與工業級感測器測量的實際二氧化碳濃度之間相關性非常低。VOC和eCO2之間存在良好的相關性，但這並不是很有用，因為這並非真實存在於室內環境中的二氧化碳的可行指標。在房間裡噴灑香水時，可以在圖表上清楚地看到這一點。真正的二氧化碳感測器不受影響，因為香水沒有為環境帶來任何二氧化碳。但是VOC和eCO2感測器受到極大的影響，並顯示二氧化碳增加，即使二氧化碳濃度實際並無變化。 雖然有多種偵測二氧化碳的方法，但這些方法未能完全符合感測器的需求，因為這些感測器必須能安裝至諸如恆溫器或行動裝置之類的裝置中。無法選擇性使用MOX感測器，而且它會受到濕度和溫度的影響。eCO2解決方案以VOC測量值為基礎進行估算，但只能推估二氧化碳的濃度可能是多少。NDIR感測器可避免上述問題，但它們體積龐大且價格昂貴，不適合大量應用。 測量二氧化碳可以監測和改善室內空氣品質，但近期內看不到可行的技術解決方案，這似乎是現代生活挑戰中的一個罕見案例。一旦獲得低成本、低功耗、準確且穩定的解決方案，該產業就有望在空氣品質監測和管理方面獲得顯著進步，進而大幅改善人類健康和壽命。 (本文作者為英飛凌科技事業發展經理)

數位協定取代傳統管路 最早的建築物自動化系統是氣動式的，透過在大樓裡鋪設複雜的銅導管，再根據氣動感測器的輸入訊號來切換氣動致動器和閥門的開關，以控制每個房間的空調系統。之後，氣動系統被效能更佳的電子開關所取代，直到最近，則被數位控制器取代。 在建築物自動化系統的推演過程中，可控制的系統已從冷暖空調(HVAC)系統擴展到更廣泛的範圍。現今，藉由BIoT創新技術將帶來無限的發展可能性，潛在的智慧建築應用除了恆溫器、照明和安全基礎設施，還包括窗戶、門鎖以及室內和室外電子看板等。而且，智慧建築的應用範圍，還在持續擴展中． 雖然，傳統的建築物自動化系統僅能部署在像是商業大樓的大型建築才符合經濟效益，但現在，新興的BIoT技術已為中小型建築業主帶來了具成本效益的解決方案。透過利用低成本的連接、感測與雲端運算能力，以及充裕的資料儲存能力，已推動了智慧建築市場的快速成長。 現代建築物的建造時間大約從五十年前開始，但採用的技術往往每十年就會汰換一次，頂多維持二十年。對房地產業主來說，不可能一有新技術出現就拆掉舊建築，更換新設施，必須依照需求來逐步更新。 一棟大樓一開始可能是先安裝數位控制的HVAC系統，然後再增加安全攝影機網路、接著是中央控制的照明和百葉窗、電子鎖，甚至考慮用數位看板來管理緊急情況。每次安裝的系統都是來自不同的供應商，因為很少公司能夠同時在不同的領域中保有優勢。 開放標準協訂整合度更高 上述情形造成彼此不相容的複雜網路和技術組合。雖然每個系統都有其各自用途，但要管理這些系統並使其協調運作，變得更困難。最後，開放的標準協定，包括BACnet、LonWorks，以及Tridium的Niagara框架的興起，便取代舊有技術協定。 雖然這些標準提供更高程度的整合，但它們在互通性、成本以及開放性等方面也都各有限制，沒有單一系統能夠完全滿足建築物自動化中最常用標準的需求。根據一份針對建築物自動化系統進行的學術評估報告指出，為彌補各系統不足，導致非標準化解決方案的發展，這反而更進一步阻礙系統之間互通性。 BIoT為中小企業量身打造 透過擴大建築物監控與管理的範圍，並降低擁有成本，BIoT技術顛覆了現有的遊戲規則。因此，在美國，佔98%商業建築市場以及65%樓板面積的中小企業也能跨入此一市場。為了簡化部署與維護成本，業者一直期望能實現無線部署的目標。而現在，歸功於低成本的無線感測裝置，且能將多種感測器整合到單一封裝中，因此使建置成本大幅降低(圖1)。 圖1　BIoT的創新技術顛覆了現有的遊戲規則，透過利用低成本的連接、感測與雲端運算能力，以及充裕的資料儲存能力，推動智慧建築市場的快速成長。 但是，BIoT系統不僅是硬體部署，從感測器收集到的數據也同樣具有價值，因此需要藉助系統的分析功能。新的商業模式，例如基礎設施即服務(Infrastructure-as-a-Service, IaaS)、平台即服務(Platform-as-a-Service, PaaS)、以及軟體即服務(Software-as-a-Service, SaaS)，提供了不同的商業模式，讓業者擴展至存取雲端的數據分析與儲存服務，輕鬆地管理所需的雲端技術。 值得一提的是，這些系統可以無縫整合到智慧手機中，讓人們可直接從遠端監控住家或房產。透過友善的介面提供監控、分析和控制功能，BIoT系統可大幅降低對專業知識和培訓的需求，進而最佳化使用者的智慧建築室內體驗、且維護基礎架構，並進而節省能源成本。 從歷史上來看，每個建築物的自動化功能都是獨立開發完成的。因此，就技術、平台和架構來說，今天的智慧建築硬體生態系統仍是各自為政。由於業者期望能把多項功能整合到單一的全方位解決方案，因而帶動了多個趨勢的興起。 另一方面，業者已經體認到，需要建立強大的聯盟來整合和簡化他們的產品。在Memoori發布關於智慧商業建築BIoT的報告中，說明了建築系統製造商、主要ICT供應商的IoT平台解決方案，以及軟體、應用程式和平台領域之間的合作夥伴關係和策略聯盟擴展。這些聯盟通常是來自於不同的利基市場，包括智慧照明、HVAC和電梯業者。 在管理服務和架構方面則是另一種方法，旨在使各種不能互通的解決方案能夠協同運作。服務導向架構，如BACnet網路服務和oBIX，可透過在已部署的建築物自動化技術和客戶端IoT應用程式之間增加抽象層(Abstraction Layer)來執行。 接下來的挑戰是需克服IoT應用的網路安全和數據隱私問題，BIoT也不例外。隨著越來越多的元件連接到日益複雜的解決方案中，網路安全的威脅也變得越來越具挑戰性，唯有當系統中最脆弱環節也具備應有的安全性時，才能達到真正的安全。 根據Memoori的估計，到2022年，智慧商業建築的新興網路安全市場將以超過15%的年複合成長率增加，這是市場發展的必然結果。 智慧連網建築新興技術湧現 隨著智慧建築市場的興起，也帶動了許多技術試圖競逐此商機，但目前尚未有「一體適用」(One-size-fits-all)的解決方案出現。即使是具有從數十個到數百個感測器的小型連網建築物，平均也會用到三種不同的通訊技術。而且，隨著建築物的規模變大，系統也越來越複雜。現階段，專有和開放技術正相互競爭，試圖以單一的統一標準來整合不同系統的努力也在進行中。 除了通訊技術的創新之外，我們也看到了基於網狀和毛細管網路的新架構出現，能夠進一步最佳化頻寬使用，並降低擁有和維護成本。新興的室內定位技術和創新的感測方案，也推動了智慧建築新使用案例的實現，像是資產追蹤、正確的訪客人數計算等。此外，透過人工智慧的應用把更多的分析功能從雲端帶到終端裝置，也降低對頻寬的需求。 雖然室內通訊的骨幹仍可能是利用TCP/IP 或乙太網路等有線技術，但無線技術正在擴大其在智慧建築中的應用。其中，常見的是短距離無線技術，它可提供連網功能並實現無線感測器網路。廣泛內建於智慧型手機和平板電腦中的藍牙技術，則是控制智慧家庭裝置的必然選擇。 由於對配置裝置零需求，在建築物的警報面板應用中，蜂巢式技術也很常見。LTE Cat 1可提供串流語音和視訊、以及智慧量表所需的足夠頻寬。4G低功耗廣域網路(LPWAN)技術，包括LTE-M和NB-IoT，已成為對智慧量錶更具吸引力的蜂巢式技術，可滿足其極低的頻寬需求。這些通訊連接技術方案在5G世代中，也將以大規模機器型態通訊(Massive Machine Type Communications, mMTC)形式持續發展。 最終，通訊技術的最佳選擇，仍需取決於實際的使用案例需求。雖然蜂巢式裝置易於安裝，但由於需要行動數據方案，因此大規模部署的成本較高。而針對更高密度的部署，例如智慧照明、暖氣節電器、以及無線室內感測器網路等，藍牙網狀網路可以發揮其短距離通訊的技術優勢。透過與閘道器連結，藍牙網狀網路能以無線的方式把分散式裝置與內部的建築物自動化系統或雲端服務相連。 此外，2019年初，藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)宣布，為其定位服務解決方案推出了增強功能。基於藍牙的定位技術已長期用來協助使用者利用藍牙標籤(Bluetooth Tag)尋找物品。透過在建築物內的固定位置安裝藍牙接收器，房產業主可提供即時定位服務，以支援追蹤人員、資產與其他物品的功能。此外，信標設置也是在大型建築物中提供引導服務的常見解決方案。針對這些使用案例，新的增強功能可增加尋找方位應用，實現準確度小至公寸級(Decimeter-level)的室內定位服務與其他應用。 無線通訊模組選得好　加速產品開發設計 要為多樣化的使用案例選擇適當的無線通訊技術是相當具挑戰性的，需考慮節點間的互通性、覆蓋範圍、可擴充性以及安全性，而採用預先通過測試與認證的通訊模組，更可協助製造商輕鬆地完成設計並加速產品開發週期。 u-blox擁有涵蓋GNSS定位、蜂巢式以及短距離無線電技術的完整產品組合，且在全球各地建立了許多的應用實績，不僅是個別技術的供應商，更能以豐富的經驗與技術支援能力，成為結合這些技術的整體解決方案供應商，提供智慧建築應用所需的各種無線通訊方案，能助力業者加速智慧建築應用的實現。 此外，基於產品都是專為使用週期長的應用而開發，加上靈活的套疊式(Nested Design)設計概念，讓產品可隨著標準演進輕易地無縫升級到新技術，降低智慧建築應用產品世代更迭的風險、支出和維護費用，也是業者在設計產品時不可不考慮的重點，方能在新的智慧時代保持領先優勢。 (本文作者為u-blox台灣區總經理)

也因此，現今的車輛也有著越來越多的應用聯網，但這也增加攻擊面(攻擊媒介的總和，代表駭客的潛在路徑和攻擊者利用漏洞)，每個連接選項表示一個潛在的進入點(圖1)。 圖1　隨著汽車愈來愈電子化，安全也備受威脅。 與此同時，駕駛也希望獲得更多的安全保障、舒適性，以及便利性。顯而易見的，此一需求也增加了汽車解決方案的複雜性。現代車輛的大部分功能都是由電子系統控制的，舉例而言，在高階車款有著200個以上的電子控制單元(Electronic Control Units, ECU)和2億行以上的程式碼，使其成為每天使用的最複雜的系統之一(圖2)。 圖2　高階汽車往往配備200個以上的電子控制單元。 全自動車輛的廣泛使用似乎是遙遠的未來，但接管汽車控制權的威脅比大多數人想像的要近。著名的吉普駭客(研究人員從他們的地下室遠端控制車輛)是三年前 (2015年)，此後公布了多個駭客攻擊。 安全防護對個人/國家而言都十分重要 對於自動駕駛汽車來說，安全問題最為明顯，但所有車輛都必須得到保護。駕駛不僅想阻止駭客控制汽車(特別是當坐在車裡時)，也希望汽車是安全的，以防罪犯覬覦(例如安裝勒索軟體)。 隱私越來越受到關注，因為越來越多的敏感訊息儲存在汽車本身或連接到汽車的雲中。駕駛使用上線服務，相互溝通並使用信用卡付款，而汽車可以顯示人們的位置、駕駛習慣和其他敏感訊息。目前各國政府已採取行動強化隱私保護，例如歐盟的通用數據保護條例(GDPR)，加利福尼亞的加州消費者隱私法(CCPA)或SPY汽車法(汽車法中的安全和隱私法)，但日常生活的汽車也必須有足夠智慧和安全以保護個人隱私。車輛必須採取強有力的安全措施，以阻止恐怖分子接管汽車並將其武器化；運輸是關鍵基礎設施的一部分，保護運輸必須成為每個國家的國家安全戰略的一部分。 安全是駭客和防護間相互競爭 沒有完美的安全保障方案，如果有足夠的資源(時間、金錢、設備等)，一切都會被打破。在過程中，安全保護措施必須足夠強大，才能使攻擊者相信不值得嘗試攻擊受保護資產。攻擊者分析成本(花費的金錢和時間、所需的技術訣竅和設備、被抓住的風險等)與利益(贓物或數據資料、宣傳等)以及損益平衡，如果可以遠程執行攻擊，或者可以輕鬆地將其擴展到車隊，則可以獲得更具吸引力的投資回報。 攻擊方法隨著時間的推移而逐漸變得越來越便宜，使犯罪分子和恐怖分子更加負擔得起並且可能有利可圖。汽車安全也因而必須不斷發展，這意味著汽車製造商必須支援車輛內外及其供應商的可更新、可升級的安全性(例如韌體/軟體空中更新)。當然，可能會在行車現場發現新的漏洞，因為與攻擊是一直持續的，必須能夠在車輛的使用壽命期間應用安全修復程序，這比大多數其他消費品的使用壽命更長。 強化安全人人有責 之前提到的吉普駭客很快就被遺忘了(研究表示聽說過它的人中，只有一半的人在一年後仍記著這件事)。在技術論壇上，新的駭客和解決方案不斷發布，但消費者在經銷商處要求提供汽車安全資訊的情況仍然不常見。 一個共同商定且獨立、客觀地對安全級別進行分類的框架目前並不存在，各國政府正在積極運行，就像聯邦調查局對汽車駭客攻擊的公開警告一樣，但達到消費者對現有威脅和解決方案的適當認識水準仍需時間。 到目前為止，成功的駭客大多是由研究人員和產業從業人員自己執行的，而不是犯罪分子或恐怖分子。但消費者、產業和整個社會現在必須採取行動，當為方便起見，為未來的汽車提供更多的功能和連接選項時，必須實施匹配措施，以確保在這個更加複雜、危險的環境中的安全和保障。 政府/產業致力解決安全問題 汽車整車廠(OEM)及其供應商正在定義未來車輛系統的安全架構和必要的基礎設施適用功能，如V2X(車輛到基礎設施通訊)、雲服務和空中更新。安全性是新設計不可或缺的一部分。政府的舉措在確保自主車輛的安全方面發揮著重要作用，例如美國DoT自動車輛3.0，專注於從SAE自動化1級(駕駛員協助)到5級(完全自動化)的各種自動化車輛(圖3)。 圖3　自動駕駛等級分類 目前正在制訂標準。2016年出版的網路物理車輛系統網路安全指南(SAE J3061)描述了一個可用於將網路安全構建到車輛系統中的流程框架。SAE的車輛電氣系統安全委員會正在製定SAE J3101(地面車輛應用的硬件保護安全要求)，以確定一套共同的要求。 新興標準ISO/SAE 21434(道路車輛--網路安全工程)定義了一個框架，以確保一致、明確以及穩健的方法來培養網路安全文化，並且管理整個車輛生命週期中的網路安全風險，以適應不斷變化的威脅形勢和建立網路安全管理系統。因此，它將解決產品工程中的安全問題，類似於ISO 26262如何解決功能安全問題，ISO/SAE 21434計劃於2020年出版，且它可能會取代SAE J3061。 汽車製造商和供應商之間建立了聯盟，為需要整個產業合作的發展提供平台。從許多重要的論壇來看，重點是強調Auto-ISAC，它是重要的全球網路安全專注社群之一(共享情報和提供最佳實踐指南)和C2C-CC(Car 2 Car Communication Consortium)，專注於合作智慧運輸系統和服務(C-ITS)的部署。 實施可靠原則以解決汽車安全挑戰 汽車產業透過最先進的安全原則，並將其應用於汽車設計來應對這些安全挑戰，汽車製造商必須設計和開發專注於整個系統的端到端解決方案，包括汽車如何與其環境和其他車輛互動。用適當的安全設計方法以確保安全性不是事後的想法，而是從第一天開始就被設計到每個組件中。OEM定義的系統安全概念整合了來自多個供應商的元素，因此透過複雜的供應鏈有效地推動該系統安全概念是成功的重要因素。 必須應用於所有系統的另一個原則是縱深防禦或多層安全性，這意味著如果違反了一層安全性，則下一層必須繼續保護系統。舉例來說，如果訊息娛樂系統被駭客入侵，那麼內部防火牆仍將保護安全相關系統，如轉向控制和制動器，以防止未經授權的侵入(圖4)。 圖4　汽車安全須從多種面向進行保護。 如前所述，重要的是確保汽車安全解決方案在車輛壽命期間保持有效，組件必須具有固有的更新路徑，使安全解決方案保持最新狀態，並解決未來可能存在的潛在漏洞。例如，可以在當地經銷商處或通過無線更新應用這些升級。 保護的級別和性質必須與車輛中不同功能域、應用和組件中的威脅一致。ECU的保護等級取決於多個參數，包括攻擊面，在其上實施的功能重要性以及受保護的資產。具有外部連接功能的組件，例如訊息娛樂系統或閘道器，便需要比大多數車身控制模組更高級別的保護。 潛在易受攻擊的組件應與安全關鍵功能隔離開來，因此成功攻擊的影響可能會受到限制。如果檢測到成功的攻擊，則必須維護和保護核心功能以確保汽車保持功能和安全，但是可以禁用附加功能(例如直播視訊串流)以減少潛在影響。 汽車供應鏈中的所有公司都必須準備好不斷投資於網路安全解決方案，以便始終領先於隨時可能發生的威脅，而這需要一個全面的汽車網路安全計劃，其中包括：具有內置安全功能的產品、整合到正常開發流程中的安全產品工程流程、內部/外部安全評估和認證、產品安全事件響應團隊和系統方式分享威脅情報。隨著安全性成為產品設計不可或缺的一部分，構建和維護安全意識組織至關重要。 為此，汽車元件供應商積極研發相關產品。像是恩智浦旗下的S32處理平台提供基於4+1汽車安全框架(圖5)。4層網路安全解決方案為外部世界提供了一個安全的介面，可用於M2M(機器到機器)通訊、區域隔離的安全閘道器、內部和外部消息傳輸的安全網路，以及ECU上的安全處理等；而與安全的汽車門禁系統一起使用，則可以在整個車輛中實現縱深防禦保護。 圖5　多層防護有助於提升安全性 設計安全性至關重要，這就是為什麼作為S32平台的一部分開發的產品提供全面安全功能，在稱為硬體安全引擎(HSE)的專用安全子系統中實現安全啟動、對稱和非對稱加密服務、散列、高質量隨機數生成、密鑰管理服務、側訊道保護和故障阻抗；硬體加速已到位，可滿足安全關鍵型汽車系統的即時要求。 同時，該產品可以提供廣泛的應用(車身、舒適性、動力總和、車輛動力學、安全性、駕駛員輔助和駕駛員更換、閘道器、域控制器等)，確保產品易於使用，並具有易於重複使用通過相容的安全API，所有產品均符合AUTOSAR標準，完全符合SHE和EVITA Full規範的功能目標。 總結來說，現今進入市場的任何解決方案，都必須提供一種在車輛使用期間都必須不斷保持更新的安全解決方案，因此透過安全(加密)支援離線、無線固體、軟體更新非常重要；必須在所有領域提供可更新、可升級的安全性，以支援從設計到報廢的車輛。 業界正在努力設計和維護汽車安全系統，使汽車製造商能遵循良好的安全措施，例如使用強密碼並報告他們觀察到的可疑故障。汽車及其安全系統非常複雜，有多個切入點。需要深入的安全專業知識來保護敏感資料，並確保車輛的安全運行。 汽車產業必須為現有和未來的車主提供足夠的安全解決方案，同時政府也可以發揮作用，例如，通過確定獨立評估我們車輛安全能力的法律，車主可以且應該要求經過驗證的高安全性解決方案，以及舒適性和安全性。提高消費者意識和需求有助於加快所需步驟，因此安全實施可以滿足高度連接車輛或自動駕駛快速成長的安全要求。 總結來說，目前一切都在考驗消費者能否相信自己的車輛嗎，特別是當看到越來越多的自動駕駛機器人時。答案是，如果將安全性視為整體車輛設計的一個組成部分，並準備在可更新和可升級的安全性方面領先於駭客攻擊技術，就可以相信自己的車。 重要的是，政府、產業參與者和車主都該盡自己的一份力量，要求提供有關汽車安全功能的訊息應該成為常規，就像今天學習安全性，駕駛參數和便利性一樣；而供應商必須使用最先進的技術支援這一目標，讓每個人都可以安全可靠地行駛在路上。 (本文作者任職於NXP)

自動駕駛汽車(AV)正飛速發展，傳統的汽車製造商和新的參與者都大筆投資於此推動創新的技術。雖然AV具有提高汽車安全性和駕駛便利性的潛力，但有鑑於其複雜度，業者需要使用嚴格的測試和驗證系統，確保汽車在所有交通、道路及天候狀況下的安全性。當然，AV將使用基於人工智慧(AI)的方法，讓汽車能夠透過電信服務和基礎設施供應商進行通訊。 車聯網是AV技術的基礎。系統與汽車就道路和交通狀況、附近的汽車以及有關駕駛體驗的其他重要元素進行通訊。AV技術結合了多個感測器、電腦和軟體，來生產自動駕駛汽車。這些汽車在行駛里程方面相較由人力駕駛的汽車在統計上已被證明更加安全。 Waymo(先前稱為Google自動駕駛汽車計劃)，在以時速每小時2英哩，總駕駛距離超過500萬英哩的紀錄下，僅出現了一次無人受傷的錯誤事故報告。即便如此，要建立消費者對完全自動駕駛汽車的信任仍然是一項挑戰。例如，有73%的美國駕駛人表示，他們非常害怕乘坐完全自動駕駛汽車，而根據一份2018年美國汽車協會(AAA)的調查，有63%的美國成年人表示，當他們在步行或騎腳踏車時，對必須和自動駕駛汽車共用道路感到不安全。 自動駕駛旨在提升行車安全 基於駕駛人錯誤導致的事故數量，安全問題是首要考量。根據統計，大約有94%的嚴重碰撞，部分是由於頻繁且可預測的駕駛錯誤造成，例如超速、駕駛能力降低或在分心狀態下駕駛。因此安全性改進也常常是AV潛在優點列表的第一名，將人為錯誤因素從駕駛方程式中排除，大幅減少交通傷亡事故。部署AV技術還有其他優點，如隨著人口老化，AV技術可為年長者和殘障人士提供更多的便利和自由。此外，還有新的運輸模式和商業模型潛能，例如自動化計程車隊和共享自動駕駛汽車；這將帶來個人生產力更加提高的願景。 自動駕駛層級概述 今天，有各種自動化選項能夠協助駕駛人，有些也已經進入市場。為了正確看待此技術，汽車工程師協會(SAE)已經為AV建立了自動化層級，如圖1所示。 圖1　SAE 自動化層級(SAE Automation Level)描述了不同級別的自動駕駛汽車能力。 ．層級0乃完全非自動化；由駕駛人完成所有工作。 ．層級1則增加了一些駕駛輔助功能，例如主動車距巡航控制和盲點偵測。 ．層級2仍然需要駕駛人駕駛，但提供轉向輔助和速度控制功能。 ．層級3汽車可自動駕駛，但仍需要人力駕駛保持專注並在指定的時間內負責控制。 ．到了層級4和層級5，AV才變得真正自動化。例如，層級4自動駕駛限制特定條件，例如特定地理位置或路線、天氣、交通類型、速度和道路。層級5則是沒有限制條件的自動駕駛汽車。 汽車產業正在層級1和層級2迅速地為汽車增加功能，並且擁有很多協助駕駛人的機會，同時維持駕駛人主動控制的現有車型。各種不同的感測器(攝影機、雷達、光達和超音波感測器)，讓汽車「看見」周圍發生的事情並自動協助駕駛人。許多汽車都已提供駕駛人輔助功能，例如盲點偵測、倒車攝影、自動遠光燈、主動車距巡航控制、車道維持輔助和自動煞車。 部份專家對層級3自動化的可行性表示憂慮，因該層級要求駕駛人在汽車進行一段長時間的自動駕駛時保持警惕。一項需要考慮的重點是，在什麼情況下必須由駕駛人控制以及對該情況有多少反應時間。Audi汽車表示，其交通堵塞導航功能可在交通回堵期間，或是以最高達65公里/小時(40.4英哩/小時)的速度行駛時，提供層級3自動化。在塞車期間此系統允許駕駛人暫時放鬆，但要求駕駛人在系統發出通知後10秒鐘內接管控制。 層級1到層級3能夠提高汽車安全性，但需要層級4和層級5來提供額外的潛在優點，包括殘障人士和年長者的行動性改善、個人生產力的提高，以及新的運輸模型。這使得層級4和層級5成為大多數AV方案的最終目標，即將駕駛交給汽車本身。而層級4是層級5的前身並限制了操作適用範圍(ODD)；即AV只有在某些特定條件下是自動化的。例如，層級4的AV可能只處理特定類型的道路，像是高速公路、HOV車道、AV專用車道、鄉村道路或封閉的校園；視能見度可能存在限制；在極端天候下沒有AV行為。另一項限制可能是對預先劃定區域的AV或道路的特定基礎設施支援。 部署可能是本地或區域性的，要達到納入所有情境的100%涵蓋率是困難的。而要達到95%並不是太難，但最後的5%具有挑戰性；因此減少ODD會產生重大影響。 例如，早期的層級4使用案例可能是一項受限的自動化計程車服務，在使用已知街道、較低速度、極端天候等資料良好劃定的區域，提供所需的最低能見度。另一種可能的首波部署選項是長途貨運卡車，限制在特定、已知的路線。層級5自動化帶來了處理每一種可能駕駛狀況的挑戰，且由於具有軟體提供的系統擴充性，可實現了以世界功能最強大的軟體定義驅動程式，取代普通驅動程式的願景。 感測/通訊助力自動駕駛實現 結合使用的新技術讓AV的實現成為可能，像是感測器、運算能力、智慧軟體、通訊和導航。AV使用感測器觀察周圍世界，就像人類駕駛一樣；或許比人類更好，因為它們可同時看到所有方向(圖2)。 圖2　自動駕駛汽車使用一系列的感測器來查看駕駛環境。 AV用來監控駕駛環境的感測器包括： ．攝影機拍攝影像 ．雷達偵測和測距系統(RADAR) ．光達偵測和測距(LIDAR) 顯示系統使用必須處理獲取有幫助的資訊之影像感測器。雷達感測器安裝於汽車的前方或後方，在24GHz的短距或77GHz的長距下運作，以監控交通和障礙物。它們可以偵測到範圍從幾公分到幾百公尺遠的物體，而超音波感測器可在停車或其他有需要的活動時，用近拍功能來偵測物體。 光達感測器使用脈衝雷射來偵測物體，通常具有比雷達更高的解析度但距離較短。光達仍然是一種尚未成熟的技術，通常也更昂貴；但其更高解析度能夠提供更完整的汽車環境顯示，可用來分辨不同類型的物體。無線通訊藉由AV扮演重要角色，讓汽車能夠和其他汽車(V2V)、行人(V2P)或路邊基礎設施(V2I)交換資訊。通常，這些都包含在車聯網(V2X)裡。這些通訊通道為AV提供重要資訊，包括交通堵塞和危險道路通知。兩種主要的競爭通訊手段是5.9GHz頻段的專用短距通訊(DSRC)、和使用未來5G能力的蜂巢式V2X。 例如全球定位系統(GPS)這樣的導航輔助功能，將會以AV技術進行整合。GPS可以給予AV從一個地點到另一個地點的路線，但它也可以和詳細的地圖結合使用，以改善自動駕駛、行駛車道位置和交通訊號。 嚴格測試對獲得認可非常重要 所有新技術都面臨採用的障礙，AV也不例外。由於涉及安全問題，可預期AV的採用初期將會遭遇到許多消費者的抵制。近期一項對美國公路駕駛人的調查，發現有63%的美國駕駛人表示，對乘坐完全自動駕駛汽車感到害怕；而此數據已低於更早之前的調查。 大眾輿論、熟悉和信任度，在消費者接受AV技術的意願中扮演重要角色。隨著AV技術被證明並變得更令人熟悉，消費者的看法可能會隨著時間的推移而改變。AV測試對於驗證自動駕駛汽車是否足夠安全到上路行駛至關重要。隨著汽車製造商為其汽車添加更多駕駛人輔助功能，層級1到層級3的自動化方案正逐步被採用；層級4和層級5則代表更大的挑戰，因為人為駕駛已從系統中移除，讓AV自行駕駛。 複雜環境驗證系統效能 系統都具有非零的故障率，因此，雖然希望能夠設計出一部永遠不會做出錯誤決策的AV，但真正的問題是它必須要有多好，畢竟一般人會預期AV設計的表現將優於人類駕駛；然而，究竟要怎麼知道AV已經達到可信賴的水準。 對此，Rand Corporation最近一份研究報告得出以下結論。自動駕駛汽車必須行駛數億英哩，有時甚至是數千億英哩，才能證明其在傷亡事故方面的可靠性。雖然引用行駛的哩程數可以讓我們瞭解需要進行多少測試，但它並不是描述測試穩定性的可靠指標。在鄉村高速公路上進行1英哩的測試，和在複雜的城市環境中的1英哩測試，結果將截然不同。具體來說，必須確保對重要的邊緣案例進行測試，這些具挑戰性的情境在正常交通情況下很少發生，但一旦發生就可能會致命。 此外，同一報告也指出現有的測試和驗證方法可能不夠充足，AV技術的開發人員和第三方測試者，必須開發能夠證明其安全性和可靠度的創新方法；兼具硬體和軟體的複雜系統，需從一開始就包括品質和可靠度標準，若嘗試採用低效設計來測試品質，將無法產生最佳品質結果。 有效的驗證計劃是以考量整個系統運行的測試策略開始。電子和軟體的元件已成為現代汽車的一部分，因此汽車產業已具有設計和驗證系統可靠度的經驗。當前的測試策略採用分層式方法，在系統的各種抽象層級進行驗證。圖3展示了一種常見的V開發模型方法，其在系統的每個層級連接設計需求和測試規格。 圖3　V開發模型在系統的所有層級維持驗證和可追溯性。 ISO 26262是規範汽車電氣和電子系統功能之安全性的國際標準。該標準即使用 V開發模型來確保整個系統正常運作並維持高水準的安全性。系統中的每個元件都具有指定的汽車安全和完整性層級(ASIL)，其中「A」是最不嚴格的層級，而「D」是最嚴格的層級。它是一種基於風險的安全標準，對危險運作情況的風險進行定性評估，並定義安全措施以避免或控制系統故障，並檢測或控制隨機硬體故障或減輕其影響。 系統層級驗證確保車輛效能 在廣泛的環境、道路和交通條件下測試汽車，是AV系統效能的最終測試。理想情況下，這將涵蓋所有可能的駕駛情境，以確保AV能夠處理它們。由AV公司進行的公共道路測試已經得到了許多宣傳效果，因為它對一般大眾來說是確實可見的。 這種類型的道路測試非常寶貴，因為它將汽車展露在各種真實情境中。AV公司也使用私人測試軌道，這些軌道提供可控且可重複的環境，但測試情境的變異因素較少。虛擬測試軌道正以合理的成本，成為可產生各種可重複測試情境的重要工具。 模擬駕駛情況無疑地將在AV的測試策略中扮演重要角色。因為感測器和致動器發送和接收的是數位資料，所以其感測世界會以數位串流資料的形式進行擷取和播放。AV的虛擬表現以虛擬感測器及致動器達到完整，由和真實世界汽車相同的軟體所駕駛，在虛擬世界中進行測試。當汽車在這種環境中運行時，模型會複製汽車在真實世界中「看到」的內容。這種虛擬測試方法重建了AV駕駛情境，並且可以用更低的成本「行駛」數百萬英哩，同時提供比實際道路測試更易於重複的結果。 提高測試和記錄可靠度增加駕駛信心 消費者已經看到了AV技術的潛在價值，也就是安全性改進、便利性和更強的行動性，但他們仍然擔心這項新技術的整體安全性。只要業界持續發展穩定的安全追蹤記錄，實際體驗使用AV將有助於建立消費者的信心。要建立此追踪記錄，需要強大的測試和驗證系統。 我們需要在整個生態系統中應用系統工程設計原則。AV製造商正在開發強大的設計和測試策略，以證明他們的技術，同時提供可靠的汽車。對這些複雜系統進行嚴格測試對於驗證其安全性非常重要，並將決定AV是否足夠安全上路。雖然這一切並不容易，但AV產業必須不斷創新並找到新的方法來測試和驗證系統，打破信任障礙，贏得消費者信心。 (本文由是德科技提供)

和當初的登月計畫一樣，邁向安全自駕車的路上也潛伏著許多障礙。最近多項自駕車事件引發大眾矚目，引發持負面看法的人士聲稱自駕車本身以及所處的週遭環境太過複雜，另外，其同時也還存在著太多的變數，而軟體也仍然存在著非常多的問題。對於曾參與ISO 26262車輛功能安全標準相容測試的人士而言，抱持這樣懷疑的態度是可以理解的，其立論的基礎為五家自駕車公司於2017年在矽谷進行測試，實際行駛里程除以測試過程中出現解除自駕(Disengagements)事件的次數(圖1)。2019年的數據則尚未公布。 圖1　加州五大自駕車製造商總行駛哩程除以解除自動駕駛次數的數據(2017年12月~2018年11月)。在此期間共有28家廠商在加州境內進行公開測試，自駕模式共行駛2,036,296英哩，期間共出現143,720次解除自動駕駛。 然而，自駕目標已勢在必行：完全自主駕駛的車輛即將誕生，而安全則是最優先的要素。加州汽車監理局(DMV)2018年非官方報告顯示，自駕車每英哩解除自動駕駛的次數持續降低，顯示系統的能力逐漸提升。然而這樣的趨勢還必須加快速度。 將分工協作與新思維放在第一位使得許多車廠直接和晶片廠商合作，感測器製造商開始和AI演算法開發者探討感測器融合；軟體開發商也終於和硬體供應商聯手推動軟硬體整合。舊有的合作關係逐漸改變中，而各方也積極持續發展新的合作關係，藉以優化最終設計成品的效能、功能、可靠度、成本以及安全性。 整個產業體系正尋找正確的模式，藉以建構與測試完全自駕車，進而支援包括無人駕駛計程車以及長途貨車等新興應用。在這樣的發展過程中，隨著感測器不斷改良，帶動先進駕駛輔助系統(ADAS)的進步，也促成了業界迅速推進至更高層級的自動駕駛。 這些感測器技術包括攝影機、光學偵測與測距(光達)、無線電波偵測與測距(雷達)、微機電系統(MEMS)、慣性量測單元(IMU)、超音波以及全球衛星定位系統，它們為AI系統提供了關鍵的輸入訊息，協助驅動著真正具感知能力的自駕車(圖2)。 圖2　各種不同的感測模組用來感知環境以及為ADAS提供車輛導航功能。它們通常獨立運作，為駕駛員提供警訊，協助作出應對的操駕動作 感知能力讓自駕車安全有保障 車輛的智慧程度通常以自駕車的自主能力等級(Levels Of Autonomy)來表達。其中第一級(L1)與第二級(L2)大致上屬於警示系統，到了第三級(L3)以上就具備避免意外的能力。到了第五級，自駕車就沒有配備方向盤，完全自主行駛。 在最初幾個系統世代，車輛開始配備L2功能，感測器系統已能獨立運作。這些警示系統的誤警率(False Alarm Rate)偏高，由於太煩人以致常被關掉。為打造具備完全感知能力的自駕車，車上配備感測器的數量顯著增加。此外，效能以及反應時間也大幅改善(圖3、圖4) 圖3　具完全感知能力的自駕車能感知當前與過去的歷史狀態、週遭環境的性質，以及車輛本身的狀態(位置、速度、軌跡以及機械狀況)這些都是自駕車維持安全不可或缺的要素。 圖4　自動駕駛等級以及感測器有不同的要求。 隨著車上裝載越來越多感測器，它們能進行更良好的監視，以及察覺當前的機械狀況，像是胎壓、重量變化(例如感知有一位或六位乘客上車或下車)，以及其他磨耗因素影響到煞車與操駕功能。隨著加入更多外部感測模組，車輛融入更完整的感知能力，能掌握車輛本身健康狀況以及週遭環境。 感測器模組的諸多進步讓車輛不僅能辨識環境的當前狀態，還能察知歷史紀錄。這方面要歸功於ENSCO公司航太科學與工程部門首席技術師Joseph Motola博士的研發成果。這項感測能力從感知如坑洞位置等這類簡單的路況，一直涵蓋到感知事故種類，以及在某些地區過去發生紀錄等複雜功能。 這些感知觀念在發展之際，包括感測等級(Level of Sensing)、處理、記憶體容量，以及連網等障礙使它們看似難以實現，但如今局勢已大為改觀。如今不僅系統能存取歷史資料，還能參照車輛各感測器擷取的即時資料，讓預防性以及事故規避動作的準確度能持續提高。 舉例來說，IMU能偵測忽然的顛簸或偏向，這些狀況都反映道路存在坑洞或障礙物。在以往即使收到這樣的資訊也沒有用，但如今即時連結讓這類資料能立即傳送到中央資料庫，用以警告其他車輛及早避開坑洞或障礙物。另外包括攝影機、雷達、光達，以及其他感測器的資料，也能進行相同的處置。 這類資料經過編譯、分析、融合後，讓車輛能針對所處環境做前瞻性的認知。如此一來，車輛就扮演學習機器的角色，進而做出比人類更好、更安全的決定。 感測融合發揮互補作用 車載尖端感知技術方面已累積長足的進展，業界的重點聚焦於從各種感測器收集資料，然後運用感測器融合策略盡可能發揮最大的互補作用，弭平在各種狀況下各自的弱點(圖5)。 圖5　每種感測模組都有其長處與弱點，但運用適當的感測器融合策略，即可融合各家長處並補強各自的弱點。  然而，若其要發展成真正能解決業界面臨問題的可行方案，則還有很長的一段路要走。舉例來說，攝影機能計算到橫向速度(亦即物體沿著和車輛行進路線垂直方向前進的速度)。另外，即使是最好的機器學習演算法，也需要約300毫秒的時間才能偵測橫向移動，並將誤報率維持在夠低的水準。若有一個行人在車輛前方以時速60英哩的速度前進，數毫秒的時間可能就是皮肉傷或致命重傷的差別，因此，反應時間至關重要。 300毫秒延遲是因為需要對連續視訊畫格進行Delta向量運算，而要做到可靠的偵測程序，至少需要10格以上的連續畫格，因此必須處理完一或兩個連續畫格，車輛才有時間去做反應，雷達目前已能做到這點。 同樣的，雷達在速度與物體偵測方面存在許多優勢，像是方位角(Azimuth)以及高度，還有能繞著看物體，但仍然需要提供更多時間讓車輛做出反應。面對時速400公里以上的目標，新發展的方案必須至少達到77GHz~79GHz的運行頻率。如此高的速度似乎太過，但卻是支援複雜分向車道公路的必備條件，在這類道路上車輛會以超過時速200公里的相對速度朝反方向行駛。 光達是介於攝影機與雷達兩者之間的感測器，這樣的屬性使它能運用在完全感知自駕車上並扮演關鍵元件(圖6)，但眼前，光達也仍有許多挑戰有待克服。 圖6　完全感知車輛運用先進雷達、光達以及攝影機，搭配慣性量測單元以及超音波技術，造就了360度的觀測能力。 光達持續演化成為小巧廉價的固態元件，能裝設在車身四周，支援360度全面向覆蓋；再輔以雷達這個攝影機系統，加入更高的角解析度(Angular Resolution)以及感知物體距離的深度判斷(Depth Perception)，因此也就能提供更精準的環境3D地圖。 然而，採用近紅外線(IR) (波長850~940奈米)作為光源有可能對視網膜造成傷害，因此光束輸出能量嚴格限制在905奈米波長下每脈衝上限為200奈焦(nJ)。然而若改用1,500奈米波長的短波IR，光線會被整個眼睛表面吸收，主管當局可採較寬鬆的規範，每脈衝上限設為8毫焦(mJ)。由於是905奈米光達能階的4萬倍，使得1,500奈米脈衝光達系統能提供4倍的傳輸距離。此外，1,500奈米系統對於像是陰霾、灰塵，以及懸浮微粒等環境狀況具有更高的耐受力。 1,500奈米波長光達面臨的挑戰是系統成本，主要來自光檢測器(Photodetector)技術(現今採用銦鎵砷材質元件)。發展高品質解決方案，高靈敏度、低暗電流，以及低電容。是打造1500奈米波長光達的關鍵要素。此外，隨著光達系統發展至第二與第三代，必須進行各種應用優化電路整合，才能壓低尺寸、功耗，以及整體系統成本。 除了超音波、攝影機、雷達，以及光達之外，還有其他感測模組也扮演關鍵角色，促成業界發展完全感知自主運輸載具。GPS讓車輛能在任何時刻掌握自己所在位置。不過，有一些地方無法收到GPS訊號，像是隧道以及高層建築物之間。在這些情境中，慣性量測單元就扮演了關鍵的角色。 經常被忽視的慣性量測單元，其所依賴的是不受環境條件影響維持恆定的重力，因此在推測導航(Dead Reckoning)方面相當有用。在暫時收不到GPS訊號時，推測導航採用包括車速計與慣性量測單元的資料來偵測行進的距離和方向，然後將推算出的資料疊到高解析地圖上。如此，即可讓感知力自駕車保持在正確的行進路線上，直到恢復正常GPS收訊為止。 高品質資料節省時間/提升安全 和這些感測模組一樣重要的是，若感測器本身並不可靠，而輸出的訊號並不是精準地擷取，並以高精準感測器資料的狀態饋送到上游端，那麼這些關鍵感測器的輸入資料就不可靠，輸入垃圾，輸出的也只會是垃圾。 要因應上述課題，即使最先進的類比訊號鏈也必須持續改進才能進行偵測、擷取、數位化，轉換成感測器訊號的輸出內容，因此其精準度與精密度不能隨著時間與溫度出現漂移。憑藉正確的元件以及設計的最佳策略，包括隨著溫度、相位雜訊、干擾以及其他造成不穩定現象產生的偏差漂移，其產生的難題都能大幅消弭。總而言之，高精準度/高品質資料至關重要，其攸關著機器學習以及AI處理器是否能正確訓練，以及做出正確的運行決策。然而這些程序必須在短短幾秒的時間內迅速完成。 在資料品質得到確保後，即可著手優化各種感測器融合方法以及AI演算法，以獲得正確的結果。不論AI演算法訓練到多好的程度，一旦模型完成編譯並部署到網路邊界的裝置之後，這些演算法就完全得依賴可靠、高精準的感測器資料才足以發揮效率。感測器模組、感測器融合、訊號處理以及人工智慧之間的互動，已對智慧/感知/自駕車的發展產生深遠的影響，並提高我們對於確保駕駛、乘客、以及行人安全的信心。然而倘若欠缺可靠、精準、高精密度的感測器資訊，上述目標就難以實現，而這些要素也都是安全自駕車的基礎。 和所有先進科技一樣，投入越多，就會發掘更複雜的使用情境以及衍生的問題，其複雜性將持續讓現有技術顯得力不從心，因此，必須期盼新一代感測器以及感測器融合演算法能克服這些難題。 和最初的登月計畫一樣，自駕車的整個計畫將對社會產生著長遠的顛覆性影響。從駕駛輔助到取代駕駛，不僅大幅改善了運輸的安全，生產力也會出現巨大的躍進。而這樣的未來，則有賴於感測器奠立的基礎，在此基礎之上各界才能發展所有其他元件。 (本文作者為ADI自主傳輸及安全副總裁)

多層陶瓷晶片電容器(MLCC)是當今使用最廣泛的陶瓷電容器之一。這並非沒有道理：它們在最大標稱C值和更低ESR值(等效串聯電阻)方面的最佳化十分突出。然而，伴隨而來的是更大的漂移，特別是在直流電壓、溫度和時間方面(圖1)。 圖1　由於2類陶瓷電容器使用鐵磁性基材鈦酸鋇，因此其C值會因溫度、直流和交流電壓以及部件的使用年限而有變化。 現在，2類陶瓷電容器已達到如此高的電容，這將反覆導致其在運作期間的實際電容之誤算。人們通常不知道元件在實際應用中的表現如何，以及它們為什麼在施加電壓時變化如此之大，一個有關的重要電氣參數就是直流偏壓(DC bias)。 陶瓷電容器易產生直流偏壓效應 直流偏壓效應可在實驗室中獲得充分的展示。TDK使用標稱電壓為25V的3216X7R1μF電容進行測試，並將其連接到LCR儀表。這在0V時顯示1μF。如果施加25V電壓，則可以檢測到與標稱電容值相比超過40%的電容損耗。 其原因在於陶瓷電容器的實際結構。它們的介電材料是從鈦酸鋇獲得的，鈦酸鋇是一種鐵磁性材料，其分子附著在結構鋇2+、氧2-、鈦4+上。 在這種情況下，鈦位於中間。該分子結構在高於居里溫度(約+125℃)時具有立方的晶體結構，並且在低於居里溫度時變為四方的晶體結構。這會產生一種稱為偶極子的極性，其中軸的一側會更正(More Positive)，另一側會更負(More Negative)。 在沒有施加直流電壓的情況下，沒有電場，偶極子在整個晶體結構中隨機排列(自發極化)。同時，介電常數高，這也導致高電容。如果現在施加低直流電壓，則電場會由於極化而影響一些偶極子。它們開始與電場平行排列，而降低了電容。 如果施加更高的直流電壓，則有幾個偶極子會讓自身與電場平行排列，並且電容會持續減少。當標稱電壓施加到電容器時，電容水準可能會從標稱電容水準下降多達50%或更多(圖2)。 圖2　由於直流電壓引起的C值變化 改善電路設計避免電容影響 直流偏壓對2類陶瓷電容器電容的影響無法避免。不過，此一情況是有辦法可以處理的。比較2類電容器的幾條直流偏壓曲線，可說明有哪些可能性能夠減少它在應用中的影響。 使用具有1nF和標稱電壓為16V的電容器，電容在10V時降低了近9%，在16V時降低了21%。對於某些設計而言，這已是不可接受的情況。使用標稱電壓為25V的相同電容器，電容在10V時僅下降2%。 這是因為陶瓷電容器中的介電層在較高的標稱電壓下較厚，電介質較厚意味著電場較弱，其對偶極子的影響也較少。在10V時，相同封裝尺寸的470pF電容的電容變化僅為0.6%。如果設計允許這些電容中的兩個並聯連接，這將是直流偏壓效應的可能解決方案，這是因為較低的電容值允許較厚的介電層。有時，具有相同電容值的電容器也可使用較大的封裝。它們通常還具有較厚的介電層，因此具有更好的直流偏壓行為。 忽略直流偏壓將導致電路不良 用一個實際的例子來說明如果在應用中未考慮直流偏壓會出現什麼情況。一位客戶使用08054.7μFX5R多層陶瓷電容器，電壓為25V，標稱容差為10%，測量參數在1V eff時為1kHz。使用者抱怨元件有缺陷，因為它們的C值在14.5V時僅為1μF左右，而不是與「黃金」樣品一樣的大約1.5μF。這將導致15V時的紋波訊號，進而引起IPM驅動器電源的欠壓和不良的MOSFET換向(Commutation)，最終導致電機繞組出現過電流的情況。 事實證明，電容器製造商使用了兩種不同的原料混合物來維持供應電壓的可靠性。在14.5V時，一種混合物顯示數值約為1μF，另一種則約為1.5μF。換句話說，兩者都符合特性資料(圖3和圖4)的說明。在使用者使用具有較高數值的元件來進行偏壓測試，而並未檢查差異原因或者考慮相應的一般圖表時，就會產生爭執。應用中的臨界值大約為1.25μF。最初，客戶恰好收到具有較低直流偏壓的元件，當客戶最終收到直流偏壓特性更明顯的元件時，這些元件會表現出電路的不良行為。 圖3　0805 4,7μF電容器的特性資料 圖4　MLCC中的各種基材顯示出不同的直流偏壓行為。 這個例子說明，在短缺情況下，瞭解和考慮應用中各項功能的實際要求以及MLCC的行為尤為重要。必須注意哪一種實際電壓是必要的、在實踐中需要考慮哪些溫度、有效電容值的閾值在哪裡等。如有疑問，開發人員應尋求電容器製造商或經銷商的建議，特別是如果與特性資料和圖表存在相對明顯的偏差時；因為與規範資料相比，這些並不能得到保證。 在這種情況下，特別建議要使用電容器的直流偏壓曲線來預先檢查，電容對於實際工作電壓是否可接受。如果不是這種情況，可以利用以下三種方式將電容損耗減到最少。 1.將兩個或多個電容值較低的電容器並聯。 2.選擇具有更高標稱電壓的電容器。 3.使用具有更大封裝的電容器。 這三種方法通常都具有較厚的介電層，有助於將由直流偏壓所引起的電容損耗減到最少。這可以避免技術上的問題，並為開發人員提供更多的選擇。 (本文作者為儒卓力陶瓷電容器現場應用工程師)

讓我們回到1996年，當時發布的USB 1.0只有兩種傳輸速率：12Mbps與1.5Mbps；接著，來到2000年，近代最普遍的傳輸規格USB 2.0問世，傳輸速率提高至480Mbps，同時支援向下兼容(Backwards Compatibility)。在2006年，當時硬碟傳輸速率超過100MB/s，遠超過USB 2.0的傳輸限制，於此同時，網路技術快速發展，帶動數位內容產業，應用急遽擴增，於是，協會於2008年發布USB 3.0規格，也就是後來的USB 3.1 Gen1，傳輸速率可達5Gbps，仍支援向下兼容USB 2.0。 時代和科技持續地前進，4K/8K高畫質影片為人們帶來前所未有的觀影體驗，更大容量的傳輸與儲存需求不容忽視。USB 3.1 Gen2規格再次提高傳輸速度至10Gbps。2017年9月推出的USB 3.2規格，定義同時使用USB Type-C的兩對高速訊號對，資料傳輸的速度再次由一對訊號線的10Gbps翻倍為兩對訊號線的20Gbps；由於同時使用兩對訊號線進行傳輸，因此唯有USB Type-C介面可支援20Gbps的傳輸速率規格。透過USB Type-C的訊號腳位定義(圖1)，可幫助我們更容易理解上述USB的規格與相容性。 圖1　USB Type-C介面之訊號腳位定義 USB Type-C介面共有24根腳位，為了完美解決方向性的限制，此24根腳位設計成左上與右下對稱，其中USB 2.0使用中間D+/D-訊號，而前面提到的高速訊號對，則是圖1中的高速通道1與高速通道2。在USB 3.2規格問世之前，只使用其中一組通道進行USB資料傳輸；而在USB 3.2世代，我們同時運用高速通道1與高速通道2，使資料傳輸速率可達到20Gbps。 USB-IF協會於2019年9月釋出最新的USB4規格書，本文將針對USB4之規格和USB4定義的初衷進行介紹。讓我們以這段來自USB4規格書的引述揭開序幕： ．透過USB Type-C介面，提供影像、資料與電源的傳輸。 ．新的規格能向下兼容於既有的USB及Thunderbolt產品。 ．定義介面的相容性，以符合使用者以往慣有的使用經驗與預期。 ．對於頻寬、電源與其他性能有關參數的控制，提供主控端更高的彈性。 USB4基於Type-C介面設計 透過以上描述，可清楚了解USB4是基於USB Type-C介面而設計，除了原本可向下兼容於USB 3.2與USB 2.0之外，USB4並將原本USB...

早期的採用者樂於接受市場推出的這類令人振奮的新技術(圖1)。但從業界廣泛觀點來看，哪一種手機設計才會嬴得消費者的歡心，又必須克服哪些科技和技術性障礙才可實現量產？ 圖1　折疊裝置類型 資料來源：Technobezz/itechfuture/mspoweruser/Forbes 折疊手機挑戰眾多 在開發折疊手機或其他裝置時，有很多問題需要解決，包括電池壽命、外形因素、製造成本和價格。當然，最明顯和最困難的問題是開發出可支援經常彎折的顯示螢幕，因為使用者將在好幾年的時間內經常開合他們的裝置，以下內文將深入探討。 電池壽命 折疊式設計可能是減少電池壽命的一個主要原因，因為這類手機要為兩個顯示螢幕提供電池電力。 智慧型手機的電池容量通常是4,380mAh，視使用頻率而定可能可以待機兩天，但支援大於7吋的迷你平板螢幕運作需要更多的電力，同時折疊螢幕的開合以及螢幕之間的切換，也會消耗電力。因此，留給消費者的是更短的電池壽命，或更厚重的手機。 外型因素 智慧型手機的趨勢是螢幕越來越大，手機整體越來越薄，並且隨著採用OLED和電池技術的進步而具備愈來愈好的性能。但當口袋中的手機厚度變為原來習慣的兩倍，消費者是否會感到滿意是未來業者重要的設計考量。 成本和價格 根據OLED顯示器成本模型來看，標準的7.3 QHD OLED顯示螢幕的成本是50~35美元，觸控組件的成本是15美元。相較之下，折疊式7.3 WQHD OLED折疊顯示螢幕的成本是100~70美元，觸控模組的成本是25美元，觸控層和封裝的特殊材料占增加成本中的大部分。 另外，製程不成熟造成生產良率低，也是使成本增加的原因。標準智慧型手機 OLED顯示螢幕的良率是60~70%，而折疊螢幕的良率卻低於30%；此外，現在仍難以衡量消費者對折疊式行動裝置的接受度以及普及的程度。雖然初步預測顯示消費者有很強烈的興趣(圖2)，但初期銷售量卻很低，這顯示消費者對這類技術有高度的興趣，但從零售層面來看則抱持觀望態度。 圖2　折疊OLED出貨預測 資料來源：IHS Market 挑戰彎曲極限 在彎曲問題上，目前還未開發出明確解決方案，但半導體產業正針對該問題進行大規模的研究。可彎曲折疊裝置必須採用柔性OLED技術，因為現行的LCD薄膜電晶體(TFT)無法適用在重複彎曲的裝置，基於相同原因，基板必須是聚醯亞胺，而不是玻璃。 另外，組成顯示螢幕的整體層堆疊必須超薄和非常堅固，整體厚度(包括OLED裝置)要小於1.0mm。需要的膜層包括：折疊基板上的TFT、覆蓋TFT的隔離層、隔離層上的OLED、基板上的封裝層、與封裝層結合的柔性觸控式螢幕面板，以及一層保持顯示膜的光學性質的硬塗層窗膜，(可能)使顯示螢幕表層可以抗刮、耐磨損和撞擊，手機彎曲時，所有這些膜層必須保持正常功能。 彎曲這種堆疊的多層膜時，堆疊中有個位置稱為中性軸或(中性彎曲面)，該處的應變力為零，找出中性面內的顯示模組位置可將應變和應力降到最小。這之所以這麼重要是因為在向內彎曲上的太多壓縮應力會導致屈曲和剝離，而過大的拉伸應力可能會導致破裂和剝離(圖3)。 圖3　彎曲測試失敗模式 資料來源：Yves Leterrier, in Handbook of Flexible Organic Electronics:Materials,  Manufacturing and Applications, Woodhead, 2015 雖然作為獨立的薄膜，顯示螢幕堆疊中的每個元件可以彎曲到相對較小的半徑(小於5mm)，但當元件黏合後彎曲時，機械應力在結合層之間傳遞，在堆疊的多層膜中出現拉伸和壓縮力，導致結合層的剝離和屈曲。 因此，工程師對黏合的方式進行改善，使堆疊膜層作為單獨的元件起作用，而不受相鄰膜層的約束。這是為了在顯示螢幕堆疊彎曲(特別是彎曲半徑小於5mm)時，可以防止機層的剝離和屈曲。 彎曲測試 彎曲測試也是實現折疊螢幕的重要步驟。對此，半導體設備業者如應用材料公司顯示及柔性技術事業群(DFT)的研發部門，便測試了聚二甲酸乙二醇酯(PEN)膜的薄膜封裝，以評估薄膜的可靠度，以及是否能夠保留原有特性來作為防止空氣和水氣侵入OLED材料的屏障。 低於1%的整體臨界應變目標是楊氏模數的一個函數，或定義材料中的應力和應變之間的關係，以及基板整體厚度(圖4)的機械特性。DFT事業群測試了堆疊在 50μm PEN基板上的多層薄膜封裝膜，這項測試包括在專門的彎曲測試機器(圖5)上，將基板以半徑2.5mm彎曲200,000 次。 圖4　折疊基板的臨界應變公式 資料來源：Yves Leterrier, in Handbook...