汽車電子

以車聯網測試為主要發展核心的DEKRA德凱集團，對近年來汽車電子及車聯網蓬勃發展的台灣投資與日俱增，今年更推出全台唯一的歐洲新車強制配備eCall緊急呼叫系統測試服務，也是台灣能同時測試DSRC及C-V2X兩大車聯網通訊技術標準的實驗室。日前，DEKRA德凱東亞及南亞區總工程師辦公室EMC/RF技術處資深總監蕭鴻凱，更獲美國測試儀器商是德科技(Keysight)邀請，將於8月6日於台北萬豪酒店舉行的Keysight World 2020 Taipei電子量測論壇汽車電子(Automotive)場次，擔任業界客座講師，帶領觀眾「洞悉車聯網通訊技術與關鍵測試解決方案」。 5G網路遍地開花，高頻寬、低延遲的特性將加速車聯網快速商用化。通訊技術是車聯網領域中不可或缺的核心技術，此次論壇，DEKRA德凱將對全球兩大通訊技術標準—專用短程通訊技術DSRC、蜂巢式車聯網通訊技術C-V2X進行深入淺出的剖析，讓與會來賓能在最短時間內，一窺車聯網相關測試認證要求。 身為全球最大汽車檢測機構，DEKRA德凱提供車聯網測試認證服務，不但涵蓋早期研發設計、測試、認證乃至後市場檢測服務，且提供多種駕駛場景場域測試，更擁有廣受認可的專業能力，同時專注於全球市場的研發及創新，其先進實驗室及經驗豐富的技術專家更扮演了重要角色，協助客戶更快進入各國市場。 Keysight World自2017年首度於東京舉行，2019年於美國、上海、台北、東京、馬來西亞、新加坡、曼谷、首爾、班加羅爾、新德里共舉行十場論壇，總參與人數逾17,000人。Keysight World 2020將於台北及上海舉行實體暨線上活動，另外亦將於全球其他7大城市舉辦線上論壇。

透過總結上個世紀的經驗，汽車製造商對會干擾運作、造成損壞的電子狀況和瞬變進行分類。國際標準組織(ISO)對業界知識進行編譯，並制定出適用於道路車輛的ISO 16750-2和ISO 7367-2規範。汽車電子控制單元(ECU)使用的電源至少應該能夠承受這些狀況，且不造成損壞。至於關鍵系統，則必須保持功能性和容差。這需要電源透過瞬變調節輸出電壓，以保持ECU運作。在理想的情況下，完整的電源解決方案毋需使用保險絲，而可以最大限度地降低功耗，且採用低靜態電流，在不耗盡電池電量的情況下保持支援系統開啟。 ISO 16750-2合併多方案解決汽車電子系統挑戰 在最近的反覆運算中，ISO 7367-2電磁相容規範主要介紹來自相對較高的阻抗源(2Ω至50Ω)的大幅度(>100V)、短時持續(150ns至2ms)瞬變。這些電壓峰值通常可以使用被動元件消除。圖1顯示定義的ISO 7367-2脈衝1，以及增加的330μF旁路電容。電容將尖峰幅度從-150V降低至-16V，完全在反向電池保護電路支援的範圍內。ISO 7367-2脈衝2a、3a和3b的能耗遠低於脈衝1，所需的抑制電容也更少。 圖1　ISO 7367-2：具備和不具備330μF旁路電容的脈衝1 ISO 16750-2主要介紹來自低阻抗源的長脈衝。這些瞬變無法輕鬆過濾，通常需要使用基於穩壓器的主動式解決方案。一些更具挑戰性的測試包括：負載突降(測試4.6.4)、電池反接(測試4.7)、疊加交變電壓測試(測試4.4)，以及引擎啟動工況(測試4.6.3)。圖2顯示了這些測試脈衝的視圖。ISO 16750-2中所示條件的差異性，加上ECU對電壓和電流的要求，通常需要合併使用這些方案，以滿足所有要求。 圖2　更嚴格的ISO 16750-2測試概述 TVS/降壓穩壓器慎防負載突降 負載突降(Load Dump)(ISO 16750-2：測試4.6.4)屬於嚴重的瞬態過壓，其模擬電池斷開，但交流發電機提供大量電流的情況。負載突降期間的峰值電壓被分為受抑制電壓或未受抑制電壓，由三相交流發電機的輸出是否使用雪崩二極體來決定。受抑制的負載突降脈衝限制在35V，不受抑制的脈衝峰值範圍則為79V至101V。無論是處於哪種情況，因為交流發電器定子繞組中儲存了大量的電磁能量，所以可能需要400ms進行恢復。雖然大部分汽車製造商使用雪崩二極體，但隨著人們對可靠性的要求不斷增高，使得一些製造商要求ECU的峰值負載突降電壓必須接近未受抑制情況下的電壓。 解決負載突降問題的方法之一，就是添加瞬變電壓抑制器(TVS)二極體，從局部箝位ECU電源。更精小、容差更嚴格的方法則是使用主動湧浪抑制器，例如LTC4364，該抑制器以線性方式控制串接的N通道MOSFET，將最大輸出電壓箝位至使用者配置的水準(例如27V)。湧浪抑制器可以幫助斷開輸出，支援可配置限流值和欠壓鎖定，且可使用背靠背NFET提供通常需要的反向電池保護。 對於線性穩壓功率元件，例如湧浪抑制器來說，其所存在的隱患在於，在負載突降期間限制輸出電壓，或者在短路輸出期間限制電流時，N通道MOSFET可能功耗較大。功率MOSFET的安全工作區域(SOA)限制最終會限制湧浪抑制器能夠提供的最大電流。它還提出了在N通道MOSFET必須關閉，以避免造成損壞之前，必須保持穩壓的時長限制(通常使用可配置計時器針腳設置)。這些SOA導致的限制隨著工作電壓升高變得更加嚴重，而增加了湧浪抑制器在24V和48V系統中使用的難度。 更具擴展性的方法是使用降壓穩壓器，該穩壓器可在42V輸入下運作。切換開關穩壓器與線性穩壓器不同，其並無MOSFET SOA限制，但顯然它更加複雜。降壓穩壓器的效率支援實施大電流操作，其頂部切換開關則允許輸出斷開，並支援電流限制。至於降壓穩壓器靜態電流問題，已由最新一代元件解決，這些元件僅消耗幾微安培電流，在無負載條件下也能保持穩壓。透過使用Silent Switcher技術和展頻技術，切換開關雜訊問題也得到大幅的改善。 此外，有些降壓穩壓器能按100%工作週期運作，保證頂部切換開關持續開啟，透過電感將輸入電壓傳輸到輸出。在過電壓或過電流條件下，會觸發切換開關操作，以分別限制輸出電壓或電流。這些降壓穩壓器作為切換開關湧浪抑制器使用，實現低雜訊、低損耗操作，同時保持切換開關模式電源的可靠性。 理想二極體控制器驅動降反向電壓功耗 當電池終端或跳線因為操作員故障反向連接時，會發生反向電壓條件(也稱為反向電池條件)。相關的ISO 16750-2脈衝(測試4.7)反覆對DUT施加-14V電壓，每次60秒。關於此測試，有些製造商增加了自己的動態版本，在突然施加反向偏置(4V)之前，先起始地為此元件供電(例如VIN=10.8V)。 快速研究資料手冊後發現，很少有IC設計可以接受反向偏置，其中IC的絕對最小針腳電壓一般限制在-0.3V。低於地的電壓如果超過一個二極體的電壓，會導致額外電流流過內部接面，例如ESD保護元件和功率MOSFET的二極體。在反向電池條件下，極化旁路電容(例如鋁電解電容)也可能受到損壞。 肖特基二極體可以防止反向電流，但在正常運行期間，正向電流更高時，這種方法會導致更大功耗。圖3所示為基於串接P通道MOSFET的簡單保護方案，這種方案可以降低功耗損失，但在低輸入電壓下(例如發動機啟動)，因為元件門檻電壓的原因，這種方案可能無法順暢運行。更加有效的方法是使用理想二極體控制器，以驅動串列N通道MOSFET，該MOSFET在負電壓時切斷輸入電壓。正常運作期間，理想二極體控制器調節N通道MOSFET的源漏電壓降低到30mV或更低，將正向壓降和功耗降低超過一個數量級(相較於肖特基二極體)。 主動整流器高頻輸入電壓護下游電路 疊加交變電壓測試(ISO 16750-2：測試4.4)模擬汽車的交流發電器的交流輸出的影響。正如其名，正弦訊號在電池軌道上疊加，峰值幅度為1V、2V或4V，具體由嚴重程度分類決定。對於所有嚴重性等級，最大輸入電壓為16V。正弦頻率以對數方式排列，範圍為50Hz至25kHz，然後在120秒內回到50Hz，總共重複5次。 本測試會導致在任何的互連濾波器網路內產生大幅度諧振低於25kHz的電流和電壓擺幅，它也會使切換開關穩壓器出現問題，其迴路頻寬限制使其難以透過高頻率輸入訊號進行調節。解決方案就像是中間整流元件，例如功率肖特基二極體，但對於反向電壓保護，這並不是一種解決問題的好方法。 在這種情況下，理想的二極體控制器無法像在反向電壓保護應用中一樣發揮作用，因為它無法足夠快速地切換開關N通道MOSFET，以和輸入保持同步。閘極上拉強度是其中一個限制因素，一般因為內部電荷泵限制在20μA左右。當理想的二極體控制器能夠快速關閉MOSFET時，開啟速度會非常慢，不適合對極低頻率以外的情況實施整流。 更合適的方法是使用LT8672主動整流器控制器，該控制器可以快速開關N通道MOSFET，以高達100kHz的頻率整流輸入電壓。主動整流器控制器是帶有兩個重要附加元件的理想二極體控制器，一個由輸入電壓增壓的大型電荷記憶體，另一個是快速開關N通道MOSFET的強勁閘極驅動器。相較於使用肖特基二極體，這種方法可以降低功率損失達90%以上。LT8672也和理想的二極體控制器一樣，保護下游電路不受電池反接影響。 MOSFET限制切換開關解決啟動工況 發動機啟動工況(ISO 16750-2：測試4.6.3)屬於極端欠壓瞬變，有時候指代冷啟動脈衝，這是因為在更低溫度下，會發生最糟糕的電池壓降。特別是當啟動器啟動時，12V電池電壓可能立刻降低到8V、6V、4.5V或3V，具體由嚴重程度分類決定(分別為I、IV、II和III級)。 有些系統中，低壓差(LDO)線性穩壓器或開關降壓穩壓器足以支援電源電軌因應這些瞬變，只要ECU電壓低於最低的輸入電壓。例如，如果最高的ECU輸出電壓為5V，且其必須達到嚴重程度等級IV(最低輸入電壓6V)，那麼使用壓差低於1V的穩壓器即可。發動機啟動工況電壓最低的分區只能持續15ms至20ms，所以大型旁路電容之後的整流元件(肖特基二極體、理想二極體控制器、主動整流器控制器)可能可經受這部分脈衝，如果電壓淨空短暫地下降至低於穩壓器壓降差。 但是，如果ECU必須支援高於最低輸入電壓的電壓，則需要使用升壓穩壓器。升壓穩壓器可以在高電流位準上，有效保持來自低於3V輸入與12V輸出電壓。但是升壓穩壓器還存在一個問題，從輸入到輸出的二極體路徑無法斷開，所以自然地電流在啟動時或者短路時不受限。為了防止電流失控，專用的升壓穩壓器整合湧浪抑制器前端來支援輸出斷開和限流，以及在使用背靠背N通道MOSFET時提供反向電壓保護。這個解決方案可以利用單個積體電路解決負載突降、發動機啟動和電池反接，但是可用電流受湧浪抑制器MOSFET的SOA限制。 四開關的升降壓穩壓器透過共用的電感來聯合同步降壓穩壓器和同步升壓穩壓器，以消除此限制。這種方法可以滿足負載突降和發動機啟動工況測試的要求，且電流位準或脈衝持續時間不會受到MOSFET SOA限制，同時還保有斷開輸出和限流的能力。 升降壓穩壓器的開關操作由輸入和輸出電壓之間的關係決定。如果輸入遠高於輸出，升壓頂部開關持續開啟，降壓功率級則降低輸入。同樣的，如果輸入遠低於輸出，降壓頂部切換開關持續開啟，升壓功率級則增高輸出。如果輸入和輸出大致相等(在10%至25%之間)，那麼降壓和升壓功率級會以交錯方式同時開啟。如此，可以透過僅對高於、約等於或低於輸出的輸入電壓實施穩壓所需的MOSFET限制切換開關，分別最大化各個開關區域(降壓、升降壓、升壓)的效率。 圖3匯總介紹了應對負載突降、反向輸入電壓、疊加交變電壓和發動機啟動工況測試的各種解決方案，以及各種方案的優缺點。可以得出幾個關鍵結論： ˙漏極面向輸入的串接N通道MOSFET極其有用，因為它可用於限流和斷開輸出，無論是它被用作切換開關(例如在降壓功率級中)或線性控制元件(例如在湧浪抑制器中)。 ˙涉及反向輸入保護和疊加交變電壓時，使用N通道MOSFET作為整流元件(面向輸入的源極)可以大幅降低功率損失和壓降(相較於使用肖特基二極體)。 圖3　解決困難的ISO 16750-2測試採不同方法 ˙相較於線性穩壓器，使用切換開關模式電源更合適，因為它可以消除功率元件的SOA導致的可靠性問題和輸出電流限制。它可以無限調節輸入電壓極限值，而線性穩壓器和被動解決方案本身存在時間限制，這種限制會令設計更加複雜。 ˙升壓穩壓器不見得需要使用，具體由啟動工況的分類和ECU(必須提供的最高電壓是多少)的詳情決定。 如果需要升壓穩壓，那麼四開關升降壓穩壓器會將上述需要的特質融合到單個元件中。它可以在高電流位準下，有效地調節嚴重欠壓和過壓瞬變，以延長持續時間。從應用的角度來看，這使其成為最可靠和簡單的方法，但其設計複雜性也會增加。然而，典型的四開關升降壓穩壓器存在一些缺點。其一，不能自然提供反向電池保護，必須使用額外電路來解決這個問題。 四開關升降壓穩壓器存在的主要問題在於，它大部分運作壽命都消耗在效率更低、雜訊更高的升降壓-壓開關區域。當輸入電壓非常接近輸出電壓(VIN~VOUT)時，所有4個N通道MOSFET都會主動開啟，以保持穩壓。隨著開關損耗增大，以及使用最大的閘極驅動電流，效率降低。當降壓和升壓功率級熱迴路都啟用，穩壓器輸入和輸出電流出現斷續，這個區域內的輻射和導電EMI性能會受到影響。四開關升降壓穩壓器可以調節偶然出現的大幅度欠壓和瞬態過壓，但需要使用高靜態電流、降低效率，並且在更常見、常規的轉換區域產生更高雜訊。 帶通模式消開關損失/EMI達高效 LT8210是四開關升降壓DC/DC控制器，可以按照慣例使用固定輸出電壓運作，且支援新Pass-Thru工作模式(圖4)，可以透過可配置的輸入電壓視窗消除開關損失和EMI。該控制器在2.8V至100V範圍內運作，可以調節發動機啟動期間最嚴重的電池壓降，也可以調節未受抑制的負載突降的峰值幅度。它提供-40V反向電池保護，透過增加單個N通道MOSFET而實現(圖5中的DG)。 圖4　支援帶通模式的升降壓控制器解決了汽車標準測試帶來的許多問題 在帶通模式下，當輸入電壓在視窗之外時，輸出電壓被調節至電壓視窗的邊緣。視窗頂部和底部通過FB2和FB1電阻分壓器配置。當輸入電壓在此視窗之內時，頂部切換開關(A和D)持續開啟，直接將輸入電壓傳輸至輸出。在不開關狀態下，LT8210的總靜態電流降低至數十微安培。不開關意謂著沒有EMI和切換開關損失，所以效率高達99.9%以上。 對於兩方面都想實現最佳效果的使用者來說，可以使用LT8210，它可以透過切換MODE1和MODE2針腳，在不同的工作模式之間切換。換句話說，LT8210在某些情況下可以作為具有固定輸出電壓(CCM、DCM或Burst Mode)的傳統的升降壓穩壓器運作，然後，在應用條件變化時，轉而採用帶通模式。對於常開系統和啟停應用而言，這個特性非常有用。 帶通解決方案提高低電流效率 圖5所示的帶通解決方案將視窗中8V和17V的輸入傳輸至輸出。當輸入電壓高於帶通視窗時，LT8210將該電壓降低至經過調節的17V輸出。如果輸入降低至低於8V，LT8210將輸出電壓升高至8V。如果電流超過電感限流或設定的平均限流(透過IMON針腳)，便提供保護特性在帶通視窗中觸發開關操作以控制電流。 圖5　此3V至100V輸入升降壓控制器以8V至17V帶通輸出運作 圖6、圖7和圖8分別顯示LT8210電路對負載突降、反向電壓和啟動工況測試做出的反應。圖9和圖10顯示在帶通視窗下，實現的效率改善和可以實現的低電流操作(低電流時的效率令人驚訝)。圖11則顯示帶通模式和CCM操作之間的動態轉換。 圖6　對未受抑制的負載突降的帶通回應 圖7　LT8210對電池反接的回應   圖8　對發動機冷啟動的帶通回應 圖9　CCM和帶通操作的效率 圖10　在帶通模式(VIN=12V)下，無負載輸入電流 圖11　帶通和CCM操作之間的動態轉換 電池反接/帶通模式並行　 促升降電壓無開關/雜訊耗損 為汽車電子系統設計電源時，LT8210四開關升降壓DC/DC控制器透過其2.8V至100V輸入工作範圍、內建的反向電池保護和其新帶通工作模式提供良好的解決方案。帶通模式可以改善升降壓操作，實現零開關雜訊、零開關損失，以及超低的靜態電流，同時將輸出調節至使用者配置的視窗水準，而不是固定電壓。輸出電壓的最小和最大值與例如負載突降和冷開機期間的大幅度瞬變相綁定，沒有MOSFET SOA或者由線性狀況導致的電流或時間限制。 新型LT8210控制方案支援在不同的開關區域(升壓、升降壓、降壓和不開關)之間實現乾淨快速的瞬變，因此能夠調節輸入中的大訊號和高頻率交流電壓。LT8210可以在帶通操作模式和傳統的固定輸出電壓、升降壓操作模式(CCM、DCM或Burst模式)之間切換並保持運作，固定輸出可以設定為帶通視窗中的任何電壓(例如在8V至16V視窗中，VOUT=12V)。這種靈活性使得用戶能夠在帶通和常規的升降壓操作之間切換，利用帶通模式的低雜訊、低IQ和高效率操作，在CCM、DCM或Burst模式下實現更精確的穩壓和更出色的瞬態回應。 (本文作者任職於ADI)

英飛凌科技(Infineon)在汽車電子電源供應器小型化之路上又邁進一步，打造符合車規市場嚴格品質要求之專屬覆晶封裝生產製程的晶片，並推出首款相關產品—線性穩壓器OPTIREG TLS715B0NAV50。 覆晶技術以上下翻轉的方式封裝晶片。由於晶片的發熱面面向封裝底部，並且更靠近PCB，因此熱感應可改善2至3倍。相較於傳統的封裝技術，更高的功率密度則可大幅縮小產品尺寸。 英飛凌新款線性穩壓器(TSNP-7-8封裝，2.0mm×2.0mm)的尺寸比既有參考產品(TSON-10封裝，3.3mm×3.3mm)減少60%以上，且熱阻仍維持不變，因此適合像是雷達與攝影機等電路板空間非常有限的應用。OPTIREG TLS715B0NAV50提供5V電壓以及150mA的最高輸出電流能力。 覆晶技術多年來應用已於消費及工業市場。由於對空間的要求日趨嚴苛，汽車電子，尤其是數量持續成長的雷達及攝影機系統，也需求更小的電源供應解決方案，同時對品質的要求也大幅提升。為了提供良好的覆晶品質，英飛凌不倚賴於現有消費和工業級的後續驗證，而是進行車用裝置專屬生產製程的開發。 未來，英飛凌將以覆晶技術強化OPTIREG系列汽車電源供應產品組合，此外也規畫在切換式穩壓器及電源管理IC應用此項技術。

艾邁斯半導體(ams AG)日前宣布，該公司將在通訊、消費性電子及電腦運算三大市場外，將目前所擁有的感測器技術進一步應用在更具未來性的醫療、汽車以及工業等三個新興市場。目前通訊、消費性電子與電腦運算為ams最主要的營收來源。 在汽車領域方面，ams正研發將3D感測技術應用在汽車駕駛的身分認證、智慧手勢識別、駕駛監控以及臉部識別等，涵蓋ADAS先進輔助駕駛系統以及車內人機互動等領域。此外，VCSEL/陣列及驅動器方案可使用於LiDAR應用，位置感測及LED微透鏡陣列方案可運用於充電及先進照明領域，全面支援汽車未來趨勢發展應用。 在醫療領域方面，ams的生物監測、CMOS影像以及無線感測節點在醫療方面的應用廣泛，從測量心率及血壓的健康監測設備、到高效能CT及高畫質X光等診斷用感測器，更有高精確度、體積精巧的微型相機，可在AR/VR等市場發揮威力，更看好在醫療一次性內視鏡的應用。 ams的光學及影像感測器，在工業應用領域的應用更是多元化。運用於工業視覺與監控的3D感測、機器視覺與無人機；運用於航空與無人機的CMOS解決方案、光達(LiDAR)、環境測量、環境光感測及手勢感測等；交通、運輸與物流領域則有用於冷鏈監測的感測器以及用於存在偵測的ToF等；在工業與工廠自動化領域，則有用於品管、生產、壓力、溫度及流體監控的顏色與光譜感測方案；最後，CMOS影像感測器更可應用於高階安全，包括體育場/機場監控、航空測圖、無人機及生物辨識等領域。 ams 以光學感測器、影像感測器以及音訊感測器為三大產品類別，並透過研發及收購不斷強化自身的技術完整性。ams策略清晰，在智慧型手機的成長放緩的趨勢下，穩定布局放眼汽車、醫療及工業等新的市場，為未來的成長做好準備。

半導體產業再掀購併風，繼恩智浦(NXP)日前以17.6億美元收購Marvell藍牙/WiFi業務後，英飛凌(Infineon)近日也宣布將以90億歐元買下賽普拉斯半導體(Cypress)，藉此拓展在汽車、工業和物聯網等高速成長市場的市場潛力，進而強化並加速其盈利性成長。據英飛凌透露，雙方整合後的營運目標為：營收成長9%以上，營業利潤率19%，投資銷售比13%。 英飛凌執行長Reinhard Ploss表示，計畫收購賽普拉斯是英飛凌戰略發展具里程碑意義的一步，將會強化並提升該公司盈利成長的速度，將業務擴展至更廣泛的層面。透過此交易，英飛凌將能為客戶提供更全面的產品組合，連接現實與數位世界，在汽車、工業和物聯網領域開拓新的成長潛力。 據悉，購併賽普拉斯之後，英飛凌將會強化推動結構性成長的核心，並將公司技術應用至更廣泛的領域。這將加速強化英飛凌近年盈利成長的基礎。賽普拉斯擁有包括微控制器、軟體和連接元件等具差異化的產品組合，可與該公司旗下功率半導體、感測器和安全解決方案互補，結合雙方的技術優勢將能為電動馬達、電池供電裝置和電源供應器等高成長應用領域提供更全面先進的解決方案。 同時，英飛凌也計畫將其安全專長結合賽普拉斯的連接技術，以便更快速的進入工業、消費市場等全新物聯網應用領域；而在汽車半導體方面，則可將微控制器和NOR快閃記憶體的擴大組合，滿足先進駕駛輔助系統、汽車電子架構上等應用。 英飛凌指出，透過賽普拉斯強大的研發能力和在美國市場的據點，英飛凌不僅能加強為北美當地重要客戶提供的服務和產品，同時也能提升在其他重要區域的實力，該公司將在矽谷取得研發部門，並在戰略重點市場日本擴大布局和市場份額。 賽普拉斯總裁兼執行長Hassane El-Khoury認為，雙方結合將能提供更安全、無縫的連接，以及更完整的硬體和軟體解決方案和產品，加強客戶的產品和技術，為終端市場提供更好的服務。

德國半導體大廠英飛淩(Infineon)科技在功率半導體領域市占全球第一、車用半導體領域全球第二。2018年全球營收達76億歐元，而本於讓人們的生活更加便利、安全和環保的目標之下；2019年，也將在汽車電子、工業電源控制、電源管理與多元電子、數位安全解決方案等四大事業持續推動與發展。 德國本來就是全球汽車產業最發達的國家之一，因此英飛淩投入汽車電子領域甚早，該公司大中華區總裁蘇華表示，英飛凌是為數不多的能全面涵蓋汽車領域重要應用的汽車半導體製造商之一，產品組合包括微控制器、智慧感測器、射頻收發IC、雷達以及分立式和整合式功率半導體，適用于動力總成、底盤、舒適性電子設備以及駕駛安全應用。 根據市調機構Strategy Analytics報告指出，英飛凌2017年汽車半導體市場市占率為10.8%，居業界第二，僅落後於恩智浦(NXP)的12.5%。蘇華指出，在汽車潔淨、安全、智慧的大趨勢下，電動車、ADAS、車聯網等技術與應用為來幾年將持續發展，2018會計年度，英飛凌汽車電子事業處營收為32.84億歐元，營收占比達43%，該公司有信心汽車電子業務將持續發展並更上一層樓。 而在工業電源控制部分，該領域對於高效發電和輸電而言至關重要，相關應用包括風力發電機、高壓直流輸電系統、儲能系統、電動車充電基礎設施以及家用電器等。為了進一步強化此領域業務，英飛凌致力發展碳化矽(SiC)技術，並應用於整合控制器、驅動器與功率開關的智慧功率模組(IPM)。根據IHS Markit的報告，英飛凌在分立式功率半導體與模組市場中，以18.6%的市占率，連續15年居業界第一，蘇華說明，2018年，英飛凌工業電源控制部門營收13.23億歐元，占公司營收17%。 而在電源管理與多元電子方面，專注於打造用於能源管理的功率半導體以及用於無線基礎設施與行動裝置的元件，尤其是MOSFET產品。採用氮化鎵(GaN)製程的驅動器與控制器，近年產業潛力十足；在高頻與感測器領域，矽製程的MEMS麥克風、飛時測距(Time of Flight, ToF)解決方案都是熱門的產品，根據IHS Markit研究，英飛凌於2017年MOSFET功率半導體市場，市占率達26.3%，2018年度，該部門營收達23.18億歐元，占該公司整體營收31%。 而面對5G、物聯網、自駕車、AI等趨勢，蘇華強調英飛凌會採用靈活開放的策略，包括發展5G前端晶片解決方案、mmWave雷達應用、導入AI人工智慧與深度學習於其軟硬體產品中；製造部分該公司除了在德國擁有全球唯一量產的12吋功率半導體廠之外，也要在奧地利興建第二個12吋功率半導體廠，並且擴大委外代工，包括持續與台灣或中國的後段封裝廠的合作關係。

半導體製造商ROHM針對配備怠速啟停系統的車輛儀錶盤面板和閘道器等需要昇降壓電源的車電電子控制單元(Electronic Control Unit, ECU)，研發出具有業界最優異低消耗電流和穩定性能(暫態響應特性，簡稱響應性能)的昇降壓電源晶片組。 該晶片組由具備昇壓功能的降壓DC/DC轉換器「BD8P250MUF-C」和昇壓專用IC「BD90302NUF-C」所組成。核心器件「BD8P250MUF-C」中採用了新概念昇降壓控制技術「Quick Buck Booster」，僅需在後端追加「BD90302NUF-C」，就可以在無損降壓電源的性能優勢下成功構建昇降壓電源。 作為昇降壓電源，實現了業界最優異的無負載時消耗電流8µA，並以44µF輸出電容容量實現輸出電壓波動僅±100mV的穩定工作(消耗電流比普通產品低70%，輸出電容容量減少50%)，因此非常有助於配備怠速啟停功能的車輛，在短時間內輸入電壓發生顯著下降的應用可以持續穩定工作並進一步節能。 另外，利用「Quick Buck Booster」的效果，還實現了傳統產品無法實現的昇降壓電源和降壓電源的電源PCB板、周邊零件、雜訊對策的通用設計，因此與昇降壓電源和降壓電源分別設計的情況相比，電源PCB板相關的研發週期可縮減50%。

電子解決方案製造商Molex最近發布了stAK50h非密封式連接系統，可為汽車車身電子、安全和駕駛輔助、舒適及資訊娛樂設備與模組同時提供訊號和乙太網連接功能。 Molex全球產品經理Scott Marceau表示，當今汽車的功能不斷提升，對連接的需求也與日俱增，因此增加了車載電子元件的複雜性。這一新型的混合式stAK50h連接器系統讓生產商不再需要為訊號和乙太網提供兩套獨立的連接系統，可以對空間和設計上的靈活性進行最佳化。 對於進行設計變更以及發佈新車型的一級汽車製造商來說，USCAR-2合規的stAK50h連接系統可以縮短驗證時間。這種可堆疊的接頭設計無需多位車載設備和模組組態中通常要求的高成本自訂工裝、工程作業和驗證時間。 這種單位到多位的stAK50h連接器系統整合了通孔式非密封式接頭與混合式連接器，滿足汽車應用中廣泛使用的0.50毫米、1.20毫米和2.80毫米尺寸端子的產業標準佔位要求。該混合式系統提供12到56電路的插座，可用於從低電流訊號到高功率應用在內的各種應用。 在汽車的設計中，如果車輛內部的端子設計和連接器介面過於複雜，就可能會造成配對錯誤和連接故障。stAK50h非密封式連接系統的接頭和插座用利用顏色來配對，可以快速識別並且方便組合。連接器定位元件(CPA)閉鎖功能可防止stAK50h連接系統意外脫開。

全球道路交通的碳排放新限值即將實施。然而，汽車電氣化的技術創新步伐若不能配合，根本無法實現這些目標。再加上，最近國外一家著名車廠的碳排放造假，這醜聞使得大眾更加擔心碳排放的問題。解決方法是採用高性能的混合驅動。汽車製造商到2021年之前必須實施混合驅動，否則便會無法遵守規定，因而面臨高額罰款。 12V難滿足混合驅動需求 實施混合驅動的基本要求是採用48V電氣系統。12V發電機難以滿足數量不斷成長的汽車消費性產品的要求。48V電源能夠採用截面面積更小的電纜，有助於減少產生的熱量和潛在的損耗。再加上，電流水準相同時，48V的性能提高4倍。這要求使用其他額外元件，如轉換電壓的DC-DC變換器及第二電池。要完全從目前的12V轉換到未來的全48V系統，在目前是不可能的，因為這將涉及改變所有電子系統和致動器，如氣囊或發動機控制器。為了繼續使用低功耗的元件，許多供應商目前還保留12V電氣系統。變換器可使得這兩種網路並存，它必須對應連續功率輸出高達4kW，效率至少96%的12V/48V雙向變換器，被動空冷方式可確保最高效率。 除此之外，新的核心元件是48V電池。在此一領域中，新技術的開發一直突飛猛進，例如，鋰-硫或鋰-空氣電池設計。它們的初步目標是改善充電容量和能量密度。儘管這些電池存在價格壓力，但是它們的預期使用壽命長，並且非常堅固，例如不會在車禍中損壞。 中度混合動力系統更快普及 根據VDA的報告，到2020年，大約400萬輛汽車將裝備48V部分電氣系統；2026年，這類汽車將增加到大約1,000萬輛，全球大約每十輛汽車就有一輛，其中大多數是中度混合動力型號。與全混合動力型號相比，它們未設計充電功能，並且單靠電子馬達無法驅動汽車。除提供啟動輔助之外，啟動發電機還充當制動能量換熱器，給電池充10kW電，從而降低碳排放。另外，利用換熱能量，還可以使汽車無排放運行，實現主動發動機關閉滑行(亦稱為航行)。根據測定指南和駕駛方式，碳排放減少量可高達12%。同時，滑行大幅降低了車內雜訊和振動，提高了駕車樂趣。換熱能量還可以用於碳中性電動增壓(e-Boost)功能，即超車時，馬達提供臨時的額外加速。 新技術甚至還可以進一步降低消耗，例如，開發高度自動化和全自動化駕駛解決方案。 為了降低12V電氣系統的負荷，一開始便可以在48V部分電氣系統中整合前擋風玻璃加熱器以及輔助設備(如水泵、油泵和燃油泵)、轉向輔助、HVAC控制(發動機控制)和PTC加熱器，會是比較明智的做法。後者對混合動力汽車尤其重要，因為馬達不會產生用於發動機加熱器和汽車內部的廢熱。2016年推出的電氣動態穩定性控制，也是48V應用必須的。 但是，最重要的決定性因數是充電器。例如，充電器使發動機規格變小，從六缸減為四缸，因而在降低二氧化碳排放中起主要作用。業界可生產出裝備兩個廢氣渦輪增壓器和不超過兩個電動壓縮機的客用車。 高電壓架構帶來新要求 48V系統的電壓更高，因此要求汽車採用與檢查規則一致的全新架構。峰值電壓必須限制在60V，過壓保護和欠壓保護也是必須的，為了要防止對網路中其他消費性產品的不良影響。必須安裝採用新絕緣技術的電纜，以抵消由此造成的間隙和爬電距離。還需要非常特殊的連接器配置，才可以連接更高的電壓。在這種情況下，千萬不要忽略總體系統。 在接下來的15年內，將逐漸轉換為更高電壓系統；全48V電氣系統汽車預期大約在2030年出現。如果仍然要保留這種部分系統，電纜截面積規格將必須增大4倍，以滿足新消費性產品對更高功率的要求。鑒於所需空間和重量(大約10kg)明顯增加，從而碳排放也明顯增加，這將是完全不能接受的。成本因素也十分重要：如果電動壓縮機與12V系統連接，大約3kW的輸出將導致250A以上的電流。採用標準元件時，這是不可行的。但是，可以採用48V系統電動壓縮機及大約4kW輸出。 隨著半導體元件迅速發展，未來大多數消費性產品將可能逐漸裝備48V技術： 短期：具備新8V功能的高性能消費性產品： ．前擋風玻璃(1.5KW) ．PTC(1.2KW) ．電動壓縮機/充電器(3.5KW) 中期：更大功率要求的12/24V消費性產品轉換 ．電動轉向(1KW) ．動態穩定性控制(3KW) ．發動機風扇(1.5KW) ．燈(外部) 長期：所有12V應用(包括背光加熱器)轉換為新電壓級別 這些電氣消費性產品均可以啟動，並且不會磨損，確保其僅在實際需要時才消耗能量。如果採用了以需求為導向的控制策略，碳排放將減少大約10%。 高壓車載電源的開發繼續發展；在可以預見的未來，快速充電器系統將推出800V以上電壓。它們將能夠在30分鐘內消耗足夠能量，僅利用電力行駛大約400km。 根據一級供應商的預測，由於採用48V電氣系統、混合動力技術和各種其他措施(如重量輕的結構)，汽車製造商可以將汽車的燃油消耗量最多降低25%。 大廠齊力推動高電壓架構 因此，一級和二級供應商將是許多新技術新系統的主要開發者。特別是，德國製造商在這此方面一直居於前線，例如，博世(Bosch)開發了各種類型的發動機，全球市場領先公司博澤(Brose)開發了電動窗調節器馬達應用或座椅調節系統馬達，而風扇電機專家ebm-papst也開發了相應產品。亞洲製造商也實現了廣泛的創新。電機製造商日本電產株式會社(Nidec)的最新開發成果包括電動轉向馬達和高達750W冷卻風扇應用。日本電裝株式會社(Denso)為汽車工業提供了範圍廣泛的高效技術、系統和元件。美國公司Johnson Electric是前燈步進馬達及冷卻風扇和空調系統馬達的世界領先供應商之一；然而，電動車目前最大的市場在法國。 與高電壓混合動力汽車相比，先在客用車中導入其他電壓級別更具有前景優勢。一方面，有機會實現頗有吸引力且成本合理的碳減排；另一方面，可以實施目前12V設置技術上不可行的功能，包括電動渦輪增壓器、空調壓縮機及可配合各種發動機速度的泵。這意味著可以根據車輛狀況有效地控制負荷，打開或關閉負荷。這些功能推動駕駛能力顯著提高，駕駛員將能夠親身體驗到。 就傳動系統的整合而言，48V電壓級別會比高電壓混合動力更易實施，並且可繼續使用現有的傳動系統理念，從而預期開發週期更短。作為實施過程的一部分，汽車製造商和供應商目前非常重視元件和系統開發，以及系統整合和驗證。 (本文作者為儒卓力ABU負責人)

3C轉4C　車用電子帶動研究主題 北科大電資學院院長黃育賢認為，與學術型大學相比，北科大更重視實習課程規畫，研究主題的設定也會較為務實。老師們所開出的論文題目，多為了解決現下產業遇到的問題，汽車電子便是其中一例。 近年來，科技部與教育部皆積極推動各國家型計畫，期許藉此推動前瞻科技發展。其中，汽車電子被視為傳統3C產業(電腦、通訊、消費性電子)之外，的「第4C(意指Car)」，正積極將汽車電子領域納入各種政府計畫之中。因此，北科大電資學院亦有所投入，並與麻省理工學院合作開發能夠取代共享單車的自駕三輪車。 黃育賢說明，由於早期的半導體產品皆是以消費電子為主，如今若要跨足汽車電子將會面臨相當的轉型門檻，其中，除了汽車電子對於可靠度、穩定性的高要求之外，高電壓、大電流的能源管理也是重要課題。因此，北科大電資學院也將時時針對這樣的產業趨勢調整課程內容。期許能使學生與產業接軌，學以致用。 與時俱進　AIoT中心即將落成 在北科大電資學院，大部分的同學依然是畢業於高工；然而，亦有透過學測成績招收來自普通高中的學生，因此，該學院針對普通高中學生需求，成立電資學士班。不僅如此，北科大更在2018年，由電資學院搶先試辦大學四年不分系的教學方式，期盼學生能培養更扎實的跨領域知識。 在人工智慧(AI)的時代，除了軟硬整合將會日趨重要之外，許多周邊的技術也將出現與以往截然不同的應用。黃育賢舉例，如在大眾印象中與軟體產業關聯較淺的光電領域，在未來也將會在製造過程中有許多的演算法、程式設計需求。更會因光感測、光通訊在人工智慧與物聯網(IoT)的眾多應用，而使得研究學術單位出現與以往不同的樣貌。 有鑑於產業對於人工智慧與物聯網技術的重視，北科大將在2019年初成立AIoT中心，以因應相關的技術開發需求。在北科大電資學院，有三分之一以上教師具備足夠的AIoT軟體知識，期盼藉由該中心的建立使得教學與研究的力道更加聚焦。黃育賢也提到，要發展AIoT，必須加強人才軟硬整合與系統整合的能力。但台灣科技產業長期以代工為主，因此系統整合的概念較為不足，這也是未來必須要從學院教育慢慢補足的。 補足中階人才缺口　五專學制強勢回歸 北科大在過去以「台北工專」名聲為人熟知，在1997年升格成為科技大學之後，睽違20年，五專部在2018年再次成立。 儘管如今高等教育普及，大學錄取率居高不下，然而，黃育賢表示，在科技業界對於中階科技人才的缺口依然非常大。因此，在政府政策推動與校友的支持之下，台北科技大學五專部在2018年8月首度招生。在首屆招募的30名五專部學生中，有9名學生的應試成績可以進入第一志願普通高中就讀，招生成績相當亮眼。 最後一哩課程加持　科大/產業合作積極 正由於北科大電資學院對產學接軌的重視，更針對此需求規畫了「最後一哩」課程，該課程內容中，有高達三分之二課程時數是由產業中的專業人士講授。 黃育賢說明，人工智慧的發展不但牽涉到處理器、記憶體、電源管理的發展，半導體製程也必須跟著進步，人工智慧的發展與半導體製程的關係非常密切。因此，北科大電資學院便與台積電合作，讓產業界的專業人士在「最後一哩」課程中，直接與同學分享業界目前正在使用的製程技術。除了台積電之外，該學院亦與友達光電、研華科技合作，開設不同科技產業領域的「最後一哩」課程。 目前，許多科技大學皆已逐漸降低校外實習的教學時數，轉而偏重理論教學課程。然而，北科大認為與產業充分接軌才是科技大學最大的優勢與特色，該校學生的校外實習依然是全校必修課程。 北科大電資學院院長黃育賢認為，與學術型大學相比，北科大更為重視實習、實驗類型的課程規畫，對於研究主題也會較為務實。