自動駕駛

為加速自駕車上市，BWM和戴姆勒(Daimler)宣布簽署長期戰略合作協議，聯合兩家公司旗下共1,200名開發人員共同進行開發，共同研發自動駕駛技術，並降低新技術研發成本。雙方聲明BMW和戴姆勒的戰略合作關係將專注於開發輔助駕駛系統、適用於高速公路路況的自動駕駛和自動停車技術。 雙方合作的主要目標是縮短自駕車研發時程，預期相關自駕車技術將於2024年開始商用化，BWM和戴姆勒將分別在各自的汽車產品中實現這些自駕車技術。BWM和戴姆勒將在德國辛德爾芬根的賓士技術中心(Mercedes-Benz Technology Centre, MTC)、位於德國伊門丁根的戴姆勒測試和技術中心以及慕尼黑附近的BMW自動駕駛校園等地點進行研究開發工作。 BWM和戴姆勒此次簽署的協議將側重於共同研發新一代的駕駛輔助系統技術，適用於高速公路路況的自動駕駛和自動停車技術(均為SAE 4等級)。此外，幫助提升城市地區車輛的自動化水平也是此次協議的共同目標之一。同時為了讓企業永續經營，雙方也計畫開發可擴展的自動駕駛平台，並與其他OEM廠商和技術夥伴共同合作，一同實現新技術的研究開發。 戴姆勒於自駕車領域已耕耘多時，除了Level 3的車輛，更針對Level 4和Level 5自駕車投入大量心血。戴姆勒預計2019年將於美國矽谷與博世(Bosch)合作在城市環境中進行自駕車上路測試(Levels 4/5)。在未來十年內，戴姆勒計畫推出高度自動化(Level 3)車輛以及全自動(Level 4/5)車輛。

ADI宣佈與First Sensor AG合作開發可加速推出自主感測技術之產品，以用於交通、智慧農業、工業製造及其他產業應用之無人駕駛汽車、飛行器和水下交通工具。作為合作的一部分，ADI和First Sensor將開發更小尺寸的LIDAR訊號鏈，以使製造商為其自主安全系統注入感測和感知技術時能實現更高的系統性能，以及更小尺寸、更低重量、功耗和成本。兩家公司並計畫開發針對汽車和工業製造應用的其他LIDAR產品。 ADI公司負責LIDAR之總經理 Stewart Sellars表示，ADI合作的第一步是優化ADI領導業界的跨阻放大器(TIA)和First Sensor的雪崩光電二極體(APD)，以提供客戶更強大、更高效的LIDAR解決方案，為LIDAR系統在自動駕駛市場的大規模商用提供更好的支援。 在超過25年的時間裡，ADI持續開發用於交通安全的感測器技術。最新進展包括專為將寬動態範圍光電流轉換為低阻抗電壓訊號而設計的多通道TIA。First Sensor 於LIDAR APD之製造也擁有超過25年的經驗，APD是將光轉換為光電流的高度敏感的探測器陣列。優化APD和TIA之間的互連至關重要，因為它對雜訊基準和所能實現的頻寬具有非常關鍵的影響。對這兩個參數的改善將直接轉換為LIDAR系統的更高性能，使該系統可在更遠的距離以更高的精度檢測到物件。 First Sensor執行長Dirk Rothweiler博士表示，隨著客戶期望重新專注於實現既經濟又具技術相容性的解決方案，LIDAR系統的市場正逐步成熟，使APD和TIA相互適配是此演變過程中具關鍵意義的下一步。透過擴大與ADI的合作，我們的客戶將受益於更高的LIDAR接收器性能。 LIDAR是First Sensor的成長動力。該公司透過前向整合以及其與公司盈利成長策略一致的加速成本藍圖，正為量產需求進行準備。First Sensor和ADI將各自提供一個通用評估板，系統製造商可使用該評估板測試整合解決方案。 此次與First Sensor的合作，標示ADI在建置其Drive360™自動駕駛解決方案之策略上再邁向下一階段。ADI的Drive360技術產品系列運用ADI在高性能MEMS、RF/毫米波和光電學/光學技術方面的核心競爭力，使ADI能夠為汽車產業提供整體解決方案，並成為滿足高度自動化和自主駕駛技術要求的專業合作夥伴。

從無線電時代最早的時候開始，就必須努力減輕那些路徑交疊並且相互碰撞到一起的各種訊號(那時是無線電訊號，現在則是無線訊號)的流量。在早些時候，汽車中並沒有很多的電子元件，而調幅廣播(AM)仍然被視為高端技術。 對於汽車工程師來說，重要的一點就是需要避免使用可能無意中產生與調幅廣播的頻率範圍(525KHz~1705KHz)相同的系統。具有「EMI特性」、在該頻率範圍內具有高發射頻率的設備會與調幅廣播的通道發生干擾，進而在無線電揚聲器上產生嘈雜的嗡嗡聲或者靜電雜訊。 汽車製造商長期以來一直面臨著EMI上的問題，並且，隨著車輛導入越來越多的電子設備，包括GPS、Wi-Fi、藍牙、資訊娛樂系統、調幅/調頻/衛星廣播、功率逆變器、USB資料、USB充電器、無線充電器、CAN/LIN匯流排、攝影機、雷達及乙太網主幹/閘道等等，在EMI管理上出現的挑戰正在以指數方式成長。 另外還有一個事實就是，消費者也在將外部設備和可攜式裝置加入到車輛當中，那些設備的EMI特性和頻譜會發生重疊，有一定的危險，而這只會加劇對於減輕干擾的需求。 EMI易影響互聯車輛/自動駕駛安全性 隨著汽車製造商不斷開發需要最高程度的安全性與高效能的智慧車輛和自動駕駛車輛，開始將許多電氣系統和電子系統安放到汽車之類密閉的空間當中，這也意味著降低電磁干擾要比以往任何時候都還要重要。 汽車製造商必須認真細緻的確定並實施電磁相容性上的規範，從而確保電子設備相互之間不會產生干擾，否則會導致設備或系統的效能不盡如人意，或者在更惡劣的情況下產生危險的後果。 充分瞭解一個具體的汽車網路中存在的全部EMI特性以及潛在的相容性問題，並不是一件簡單的任務，而在考慮到安全性的情況下，這項工作尤其重要。比如說，收聽調幅無線電台節目時遇上雜訊形式的干擾，當然並非好事。 然而，如果一台設備造成的干擾會使汽車的轉向和制動系統的預期效能發生中斷，並且危及乘客的安全，那麼這個風險便更加值得關注了。本文將探討一些基本類型的電磁相容性(EMC)測試，以及驗證電子設備是否適合汽車應用使用的一些必需的具體測試。 降低EMI前先了解電磁波發射類型 首先，對於必須考慮並減輕的各種類型電磁波發射，我們必須要充分瞭解。電子設備會將電磁能輻射到空中，而這種能量可以劃分為有意或者是無意的。舉例來說，手機會有意的發出雜訊。分類為有意的原因在於，手機必須在空中連接到手機發射塔。由於電磁相容性的緣故，我們為有意的發射施加了功率極限和譜特性。 但是，一些電子設備也會無意的輻射出雜訊，與有意的雜訊不同的是，這類雜訊往往可以在強度上有所減低並受到控制。有很多方法可以行之有效的降低無意的輻射雜訊，包括新增金屬遮蔽、改進印刷電路板(PCB)的布局，或者策略性地加入共模扼流圈、鐵素體、電阻器和電容器等等之類的濾波裝置。 此外，電子設備在連接到設備本身的接線上可以發出稱為傳導發射的雜訊。常見的互聯接線的例子包括電力線束、USB電纜和乙太網電纜等等。在某些情況下，電纜上的傳導雜訊(傳導發射)可以轉換成空中的雜訊(輻射發射)，成為「嘈雜的」電纜，這種電纜可以發揮天線的作用，將傳導發射轉換為輻射發射(圖1)。 圖1　供電導線上的傳導發射設定。 實現最佳電磁相容設計從模擬/測試階段做起 由於車輛處於不斷的運動中，幾乎可以行駛到任何地方，因此汽車製造商必須按照最壞情況進行假設並從事設計，同時還必須在成本最低的條件下實現能夠提供極高可靠性的解決方案。答案就是：最優的電磁相容設計並選取最好的EMI遮罩材料，這就要求不僅在設計階段、而且還要在測試和模擬階段達到極高的精度。 由於輻射發射通過空氣來傳播，因此可以採用校準的天線設定進行測量。必須採用以各種方向(垂直、水準等)來排列的多種類型的天線，從而捕捉到整個頻率範圍。 對於輻射發射和傳導發射的測試設定、功率極限和頻率範圍，汽車製造商制定了具體而又嚴格的要求，並且他們還必須確保測量技術以及合格/不合格的標準符合自身的要求。如果標準過於嚴格，則意味著要花費過多的成本來減輕雜訊，而標準太過寬鬆則會無意中與其他電子設備產生干擾，造成與EMI有關的問題。 輻射發射的測試範圍通常在100KHz~2GHz，需要三種不同類型的天線來覆蓋整個範圍。這個設置包括(被測元件)DUT、DUT布線、GND銅板架、前置放大器、電腦、電源、光纖資料轉換器以及頻譜分析儀。 汽車製造商還必須指定要接受測試的多種DUT作業模式。例如，USB埠的作業模式只包括快閃記憶體盤的讀寫，而其他作業模式則可能要求USB埠提供最大的充電電流，同時另一種作業模式則可能包含將手機連接到USB埠，從而啟動Apple Carplay或者Android Auto。然後，測試階段就必須考慮到全部這些變數。 透過輻射/傳導抗擾度測試確認DUT干擾狀況 輻射抗擾度和傳導抗擾度測試的目的是確定DUT在嘈雜的干擾情況下會出現甚麼情況。輻射發射和傳導發射的通過限值必須始終低於輻射抗擾度和傳導抗擾度的通過限值。一台設備的輻射發射必須低於鄰近設備的輻射抗擾度容許公差，否則就會造成不良作業(圖2)。 圖2　輻射發射的設置(單一DUT模式下的垂直BICON測試)。 輻射抗擾度測試可確定DUT在電磁干擾訊號於空中穿過的情況會有何表現。必須採用校準的噪音源，在發射天線對準DUT的條件下進行測試。傳導抗擾度測試可確定進入到電纜(例如電力線束、USB電纜或者乙太網電纜)中的干擾訊號在連接到DUT的情況下，DUT的表現如何。汽車製造商通常會指定測試多種DUT作業模式，並且還將指定預期的狀態級別回應。例如： 1.狀態1回應：可能是「無回應」。這意味著在抗擾度測試過程中，設備必須在各種作業模式下正確工作，而不會出現明顯的效能降級。 2.狀態2回應：可能會出現明顯的回應，但是在關掉干擾訊號後必須自動恢復。 3.狀態3回應：會出現明顯的回應，並且在排除掉干擾後需要使用者干預才可回復正常作業(點火迴圈)。 對於EMC有無數個類型的測試設定，包括： ．可攜式發射機 ．大電流注入器 ．耦合抗擾度 可攜式發射機測試設定 一種特定類型的輻射抗擾度測試稱為「可攜式發射機」。該測試會測試DUT對於手機和掌上型雙向無線對講機之類設備的抗擾度。 大電流注入測試設定 一種特定類型的傳導抗擾度測試稱為「大電流注入」(BCI)。該方法會穿過一個磁場來路由使用者的電纜和線束，從而模擬窄帶輻射電磁能。 耦合抗擾度測試設定 還有一種傳導抗擾度測試稱為「耦合抗擾度」。該測試可模擬在同一線纜束或相鄰線纜束中路由到干擾線的DUT電纜；然後接受測試的DUT電線/電纜將在一米的長度內連接到干擾訊號。 其他抗擾度測試可以模仿車輛中苛刻的電氣環境。其中一些測試包括： ．靜電放電(ESD)：一項重要的EMC測試。IEC標準IEC61000-4-2是一項廣泛採用的標準，可以測試電子設備的ESD抗擾度。 ．電源線干擾：暫態壓降(振動和連接器)、啟停電池壓降、溫暖曲柄壓降。 ．瞬態干擾：繼電器震顫耦合、電動遙控鎖電感負載、觸點電弧、觸點顫動。 ．功率迴圈：車輛發動機啟動過程中的點火迴圈電壓波動。 ．電壓過大：負載突降(交流發電機產生充電電流並且在其他電力負載已連接的情況下，電池斷開)、跳線跨接啟動、交流發電機失控、變換極性。 總結來說，將大量的電氣系統和電子系統安放到極其有限的空間當中，這些汽車系統以輻射發射和傳導發射的電磁會相互干擾，我們必須解決這個問題。如果不正確的進行控制，那麼產生的干擾會造成系統故障或者在某些情況下使系統徹底失效。 為此，零組件供應商如Molex，便透過豐富的互聯車輛團隊經驗，引入了由各種汽車業解決方案、途徑和方法組成的久經考驗的產品組合，用於對電磁發射和相關技術進行控制，從而使電子設備良好的耐受電磁干擾。 (本文作者Greg Bella為Molex首席工程師；Jeff Ciarlette為Molex電氣工程師主管)

為進一步提升車用乙太網路(Ethernet)市場優勢與技術，Marvell近日宣布將以4.52億美元購併乙太網控制器廠商Aquantia。透過此一併購，Marvell將更進一步增強汽車車載網路，以及資料中心、企業基礎設施等領域的產品組合，以獲得更佳的市場競爭優勢。 Aquantia主要發展Multi-Gig(2.5G/5G/10G)乙太網控制器，且旗下產品被廣泛應用於包括PC、企業基礎設施、資料中心和汽車等各種市場，以緩解全球流量成長而帶來的網路頻寬瓶頸。 Marvell總裁兼首席執行長Matt Murphy表示，藉由收購Aquantia，將有利於Marvell在未來十年內將車載網路轉為高速乙太網的計畫，並因而強化Marvell於車載網路市場中的競爭優勢；與此同時，收購Aquantia也擴展該公司在快速興起的Multi-Gig網路基礎設施領域的影響力，並創造更多端到端的乙太網連接產品。 據悉，Marvell透過購併Aquantia進而補充旗下銅纜和光纖的產品組合，同時拓展其位於Multi-Gig(2.5G / 5G / 10G)乙太網路的地位。將Aquantia創新的Multi-Gig車用PHY(Port Physical Layer)與Marvell旗下的Gigabit PHY和安全開關產品相結合，將能打造更先進、廣泛的高速車載網路解決方案，以滿足未來Level 4和Level 5自動駕駛需求。 Aquantia董事長兼首席執行長Faraj Aalaei則指出，該公司和Marvell都有一個共同的願景，即無論在自動駕駛汽車、企業應用、還是雲端基礎設施等領域，都可以順利的驅動資料經濟(Data Economy)發展；而透過本次收購，Aquantia原有的客戶將受益於Marvell的市場優勢與持續擴展的Multi-Gig乙太網路應用。

電動車龍頭特斯拉(Tesla)日前宣布推出自行研發的Full Self-Driving(FSD)自駕車晶片，採用雙處理器晶片設計，並且以Samsung的14nm FinFET製程生產。在發布全新自駕車晶片的同時，特斯拉也將旗下產品與NVIDIA相比較，強調其自行設計的晶片，相對於NVIDIA產品的運算能力有明顯的進步；對此，NVIDIA則於近日回擊，認為特斯拉的比較並不「準確」，且強調NVIDIA的自駕車平台不僅具備高性能AI，同時還有擁有「開放性」。 NVIDIA自主機器(Autonomous Machines)部門副總裁Rob Csongor表示，不可否認的，特斯拉正在提高自動駕駛汽車的生產標準。首先，特斯拉採用雙AI處理晶片，每個晶片包含CPU、GPU和深度學習加速器(Deep-learning Accelerators)，運算能力可達144 TOPS，能夠從各種環繞攝影機、雷達、超音波以及深度神經網路演算法中收集數據。另外，特斯拉也強調他們將持續開發下一代自駕車晶片，以達到比144 TOPS更高的演算效能。 Csongor指出，特斯拉不斷重申，自動駕駛汽車是提升駕駛安全性、效率和便利性的關鍵，同時也是汽車產業的未來，因此需要非凡的運算效能。這跟NVIDIA的觀點相同，這也是我們之前設計和製造NVIDIA Xavier SoC的原因。Xavier具備可編程CPU、GPU和深度學習加速器，數據處理速度為30 TOPS。 同時，因應自駕車高運算需求，NVIDIA也具有雙晶片解決方案「DRIVE AGX Pegasus」，將Xavier搭配GPU，使單一處理器運算效能提升至160 TOPS；而將兩個處理器整合至同一平台，數據處理效能便高達320 TOPS。 Csongor認為，高速運算是發展自動駕駛汽車的關鍵，特斯拉和NVIDIA皆朝此一方向發展；不過，特斯拉將其FSD自駕車晶片與Xavier相比較是不準確的。因為FSD自駕車晶片是雙晶片解決方案，而Xavier則是單晶片，兩者的基準不相同。若要比較的話，應該和DRIVE AGX Pegasus相比，而DRIVE AGX Pegasus的320 TOPS運算效能則遠高於特斯拉FSD自駕車晶片的144 TOPS。 Csongor進一步說明，另外，NVIDIA Xavier SoC主要應用為Level 2(或Level...

自動駕駛推升毫米波雷達需求持續攀升，因應此市場需求，英飛凌(Infineon)宣布擴建其位於奧地利林茨(Linz)的研發中心。該中心目前主要業務為發展77GHz汽車雷達，以及高頻元件應用(如行動電話、導航)；現今有180名員工於該中心任職，而預計2020年研發中心擴建完成後，將可容納400名員工，換言之將會新增220個工作機會。 英飛凌集團汽車部總裁Peter Schiefer表示，該公司正在塑造未來的行動通訊，而位於林茨的研發中心將持續研發未來市場所需的解決方案，像是智慧手機、先進駕駛輔助系統(ADAS)、平板電腦，以及導航設備等，都是未來推動英飛凌持續成長的強大動能，而這些產品的半導體解決方案，多是在林茨的研發中心(和其他地方)所開發出來。 英飛凌首席執行長Sabine Herlitschka也指出，該公司位於林茨的研發中心持續致力於未來的高頻技術研發及專業知識擴展，而當地的教育、研究機構也提供了強大的專業知識，可共同實現更多、更卓越的創新研發。 據悉，目前英飛凌已售出超過一億顆的77GHz汽車雷達晶片，並於2009年推出採用矽鍺(Silicon-germanium)技術的77GHz雷達晶片，而這些雷達多用於距離預警和自動緊急煞車系統(Automatic Emergency Braking Systems)，進而提升駕駛安全。 英飛凌表示，基於售出一億顆77GHz的汽車雷達，該公司目前具備一定的市場競爭優勢，而未來英飛凌會進一步發展汽車雷達技術，驅使雷達感測器成為每一台新車的標準配備，推動自動駕駛發展。

聯發科近日在IWPC國際無線產業聯盟(The International Wireless Industry Consortium)舉辦的研討會上推出首款超短距毫米波雷達平台「Autus R10」，該產品整合天線，可支援汽車製造商部署的環繞雷達系統，以偵測車輛周圍360° 範圍內的障礙物或車輛，為駕駛人提供包括盲區監測(BSD)、自動泊車輔助系統(APA)和倒車輔助系統(PAS)在內的多種應用，提升駕駛安全。目前 Autus R10 已經量產，將於 2019 年上半年上市。 聯發科技副總經理暨智慧車用事業部總經理徐敬全表示，在車聯網和自動駕駛的先進技術上，該公司透過Autus晶片品牌，結合人工智慧、通訊、感測器、以及多年來積累的多媒體技術和先進的晶片製程，為汽車電子前裝市場打造了完整的車載晶片和高度整合的系統解決方案，從而降低汽車製造商的開發成本，並大幅提升消費者的智慧行車體驗。 據悉，Autus R10具備體積小巧、高性能、成本優化等優勢，並採用CMOS製程技術，整合基頻DSP、射頻、封裝天線於一體，僅需要一個簡單的三線介面來連接外部的電子控制單元(ECU)。 此外，由於該產品整合天線設計，使其應用上的探測距離範圍為10公分至20 公尺，最近探測距離則小於10公分。其精確的近距離探測可被應用於高密度、擁擠的市區場景；且採用77/79GHz頻率，可做到5公分距離的精確解析度和偵測性能，從而實現更高的物體辨識率、更快的回應速度。 同時，Autus R10提供水準視角(FOV)大於130°的偵測範圍，能明顯減少雷達的使用數量，垂直視角大於90˚的設計則彌補了目前各類感測器的偵測盲區，降低事故發生率。其應用可涵蓋停車輔助、自動停車、停車位測量、後方自動緊急制動、兩側來車警示、開門警報、短距離盲區監測等。 聯發科指出，繼2019年1月發布汽車電子晶片品牌Autus之後，該公司致力發展車載通訊系統、智慧座艙系統、視覺駕駛輔助系統及毫米波雷達解決方案等四大領域，為汽車產業帶來創新的解決方案。

自動駕駛依舊是本屆CES展會的熱門重點之一，眾多汽車、晶片大廠也趁CES發表最新解決方案與合作策略。例如BMW、豐田(Toyota)、福斯(Volkswagen)等相繼展示自駕概念車；而NVIDIA、高通(Qualcomm)等晶片業者則推出更強大的自駕運算平台，在在顯示自動駕駛仍將是2019半導體業最夯的議題之一。 概念車紛紛展現　汽車躍CES展示亮點 工研院產科國際所資深研究員謝騄璘表示，汽車可說是家與辦公室之外，最重要的「空間」與「時間」，也因此，自動駕駛、車聯網等發展熱潮仍有增無減，且依舊是CES的展示重點，各大汽車品牌或是半導體大廠均積極在展會中提出概念車或相關解決方案，進一步描繪、引導未來生活情境樣貌。 例如BMW展出兼具自駕與傳統設計的全新內裝座艙「Vision Inext」，當車輛以「Boost模式」手動駕駛時，方向盤將會伸至駕駛人前方，而原本與地板密合的踏板組也會同步升起。反之，當車輛轉為「Ease」自動駕駛模式時，方向盤與踏板組則會收起，讓駕駛人獲得更加充裕的內裝座艙空間。 又或是豐田也展示「ACES」和「Moox」兩款自動駕駛概念車艙，以及新一代自動駕駛平台「TRI-P4」。首先是針對Level 4自駕車的概念艙ACES，由於Level 4仍非完全自動駕駛車輛，因此ACES依舊配有方向盤，並配備儀表組、非傳統資訊娛樂系統等。 至於針對Level 5的自駕車概念艙Moox(結合Mobile和Box二字)，則以移動服務(Mobility as a Service, MaaS)為基礎概念，思考在不同移動情境需求下，車艙需要回應乘客娛樂、健康、購物、旅行或商業等不同應用。 另外，新一代的自動駕駛平台TRI-P4，則是新加裝了2支攝影機，除了可以增強兩側的辨識性能之外，針對自駕車，在前後也新增了2台專門設計的影像感測器；且雷達系統針對車輛周遭的近距離偵測進行最佳調校，同時還搭載了擁有8顆光電偵測頭的光達。 當然，除了BMW和豐田之外，其餘汽車大廠例如福特、福斯、通用、奧迪、現代，以及本田等，也競相在CES展會中大秀旗下自駕車方案；簡而言之，CES 2019汽車可說是躍居智慧載具焦點，各大車廠皆卯足全力，展現具多元創意的車用電子平台及概念車。 謝騄璘進一步說明，從各大車廠的展示來看，可歸納出幾項未來智慧汽車的發展方向，分別為：自駕車周邊的感知架構將以光達強化側邊感知嚴密度，而車頂模組化設計將更具創造美感及添加防護攝影鏡頭；未來車輛車體將可與底盤分離，同一底盤搭配不同需求特用車體；以及隨著5G興起後，5G平台將為移動個人空間實現可即時會議討論及享受高畫質影音娛樂等。 自駕熱潮帶商機　晶片軍備競賽全面啟動 上述提到，汽車應用成CES 2019展會重點，不僅各大車廠卯足全力，車用電子半導體業者也火力全開，趁此紛紛展示其在自動駕駛的研發進展或應用方案。 NVIDIA新一代自動駕駛系統亮相 因應自駕發展，NVIDIA宣布推出全球首款商用Level 2+自動駕駛系統「NVIDIA DRIVE AutoPilot」，其整合多項突破性AI技術，將促使監督式學習的自駕車於明年開始量產。 該解決方案提供自動駕駛感知以及融入眾多AI功能的駕駛座艙環境，車廠能透過此解決方案向市場推出各種精密的自動駕駛功能，以及智慧駕駛艙輔助與視覺化能力。 NVIDIA自主機器部門副總裁Rob Csongor表示，一個完整的Level 2+系統需要的運算效能與精密軟體遠超過目前市售車款所搭載的系統，而NVIDIA DRIVE AutoPilot可滿足此一需求，不僅能讓車廠搶在2020年快速部署各種先進自動駕駛解決方案，並將此解決方案加速升級至更高層級的自動駕駛。 DRIVE AutoPilot首度整合高效能NVIDIA Xavier系統單晶片(SoC)處理器，以及最新NVIDIA DRIVE軟體，可處理許多用於感知功能的深度神經網路(DNN)，藉由環繞車身各處的攝影機擷取外部的感測器資料及駕駛艙內部狀況，打造出完整的自動駕駛能力，包括切入高速公路車道、變換車道以及建立個人化地圖。駕駛座艙內的功能包括駕駛人監控、AI副駕駛功能以及車載電腦視覺系統的先進駕駛座艙視覺化。 NVIDIA DRIVE AutoPilot的核心為Xavier SoC，這顆系統單晶片提供每秒30兆次運算的處理能力，且具備專為安全打造的Xavier融入冗餘與分集(Diversity)的設計概念，內含6種不同類型的處理器以及90億個電晶體，使其能即時處理龐大的資料。 另外，DRIVE...

感測器位居自動駕駛核心 自動駕駛需要大量周圍環境訊息，這些訊息通常由人眼捕獲並由人大腦處理。技術層面的對應物是感測器，它們是實現自動駕駛的關鍵零組件，目前市面上已有數百萬部汽車雷達投入使用。汽車雷達是高階車輛的標準配置，配合高級駕駛輔助系統使用，用於預防事故發生並提高駕駛舒適性。 雷達感測器主要使用調頻連續波(FMCW)訊號，由於傳送延遲和多普勒頻移，感測器能夠量測和解析多個目標的距離和徑向速度；根據天線陣列特性，還可量測和解析方位角甚至是仰角。在訊號處理期間，感測器電子裝置生成目標列表，其中包含量測得到的目標位置和速度以及目標類型資料(行人、汽車等)。該列表被發送到車輛電子控制單元(ECU)，ECU用該列表對操控車輛即時做出決策，這些資料的準確性和可靠性對於車輛、乘客和其他道路使用者的安全極為重要(圖1)。 圖1　由於方位量測誤差，檢測到錯誤的目標位置，自動駕駛車輛控制系統有可能會做出致命的錯誤操控。 確保雷達訊號　天線罩測試挑戰油然而生 出於美觀考慮，雷達系統一般不是安裝在車輛顯眼處。通常，它們隱藏在散熱器格柵上品牌徽標後面以及前、後塑料保險桿後面，這些徽標和保險桿就成了雷達天線罩。 作為天線罩，必須對它們的射頻性能進行評估，因為它們會影響隱藏在其後面的雷達偵測性能和準確度。鑑於訊號必須在到達目標的去程和從目標返回途中穿過天線罩，其材料的射頻傳輸損耗會使訊號衰減兩次。根據訊號傳送定律，發送訊號的功率與每個方向距離r的平方成反比，這意味著發送訊號在經過來回傳送後功率減小了r4倍。 例如，對於具備3W輸出功率和25dBi天線增益的77GHz雷達，要偵測雷達截面為10m且最低可檢測訊號電平為-90dBm之目標，在沒有雷達天線罩時，最大雷達可偵測距離為109.4m。如果天線罩的雙向衰減為3dB，雷達偵測距離將減少16%，僅為92.1m。 除了材料衰減外，天線罩材料反射率和均勻度對雷達性能也有重要影響。例如，塗料中金屬顆粒的反射和基材的射頻失配都會在天線罩內(即靠近感測器)產生干擾雜訊。這些干擾雜訊在接收鏈路中被接收並且變頻，這能降低雷達的檢測靈敏度。 許多車輛製造商試圖透過在特定角度安裝天線罩來減輕這種影響，以便發送的雷達訊號不會直接反射回接收器前端，但這種方法受到設計限制，且不能消除導致射頻能量損失的寄生反射。另一個問題是材料不均勻度(如夾帶雜物、密度變化和三維品牌標識中的不同材料厚度)會干擾輸出和輸入波陣面。材料不均會產生材料變形，導致角度量測不準確。因此，雷達感測器校準可在一定限度內將這種影響降至最低，但不能使之完全消除，因為被校準雷達可能安裝在不同製造商生產的天線罩後面。 確保可靠性　雷達校準/驗證不可缺 為確保雷達可靠性，保證輔助駕駛系統和自動駕駛之安全性，必須驗證雷達天線罩及其性能表現。材料校正非常耗時且昂貴，對於汽車製造商來說難以承受，且隨著車輛變得越來越自主獨立，需要高質量的天線罩，其衰減特性不僅要最小，而且要恆定不變，還要在細節上一清二楚。由於時間限制，汽車製造商希望盡可能縮短測試時間，因此能夠提供已經過測試，且具有這些性能和訊息的天線罩供應商具備明顯競爭優勢。 為此，供應商需要做可靠而詳盡的產品測試。天線罩製造商通常使用參考雷達(黃金裝置)來測試他們的產品(圖2)，用多個雷達反射器組成的固定裝置，在有和無天線罩兩種狀態下，在各種距離和角度下進行對比量測。當某個值保持在規定的公差範圍內時，天線罩測試合格；而隨著感測器和傳動裝置承擔更多功能以及天線罩本身的複雜度增加，這種選擇性測試已明顯難以滿足需求。 圖2　使用黃金裝置的典型測試裝置。 僅使用一個反射器和放置在轉盤上的雷達和天線罩的測試方法更準確。以各種角度重複量測，並將量測結果與轉盤上指示的角度進行對照。轉盤的定位越精確，測試的角度越大，結果越有效。但是，這種方法需要耗費很多時間，因此不適合於進行生產測試。 雷達天線罩測試裝置滿足實用定性與量化測試 為此，量測儀器業者，如羅德史瓦茲(Rohde&Schwarz)公司便開發出汽車雷達天線罩測試裝置，不僅可給出測試流程，提供可靠的資料，且就成本和量測速度而論也十分實用。 舉例而言，該公司旗下的R&S QAR測試裝置(圖3)，其使用大型面板，而不是黃金裝置，面板上有幾百個發送天線和接收天線，運作頻率範圍與汽車雷達相同。同時該裝置的天線能夠發現汽車雷達看到的東西，且由於具有大口徑，能以更高的解析度(mm範圍)量測距離、方位角和仰角。 圖3　R&S QAR汽車雷達天線罩測試裝置，測試對象安裝在運作台的前緣，包含用於發送量測的毫米波發送器。 這種高解析度能夠將反射率可視化為一種X射線影像，即使不是專家亦能立即進行質量評估。在第二個分析步驟中，可透過X射線影像計算質量參數，這意味著先前的生產測試可由簡單的合格/失敗測試替代。使用許多發送天線和接收天線可以在幾秒鐘內一次性(一次性方法)詳細測試整個天線罩，完全不需要耗時的量測序列。 另外，該產品可量測空間各點的反射率和被測零組件的透射率。反射率是透過量測由天線罩材料反射的能量，這會降低雷達的性能表現。某些區域由於多種原因會有較高的反射率，例如，材料缺陷，空氣夾雜物，不同材料層間有害的相互作用或過量的某些材料成分。該量測方法透過對所有反射訊號幅度和相位的相干處理，來提供空間各點的量測結果。此結果可視化能夠得到其內在、定性和可靠的合格/失敗評估，以及產生對被測零組件反射行為的量化評估。 高解析度雷達影像(圖4)顯示了由這個圓頂蓋天線罩(圖5)遮蓋的雷達感測器能夠看到什麼。亮度水平代表反射率。某個區域越亮，表面反射的雷達訊號越多。金屬物體顯示為白色(四角位置的螺釘)。徽標的清晰可見輪廓表明高反射率和非常不均的整體影像。 圖4　反射率的高解析度毫米波影像(左)，所選分析區域，以及R&S天線罩的傳送量測/單向衰減(右)。由於在76GHz到77GHz範圍內不匹配，此天線罩不適合這個頻率範圍內的雷達。 圖5　帶有羅德史瓦茲公司徽標的圓頂蓋天線罩，在天線罩基座表面上方突出僅0.5mm。即使這種微小厚度增加亦會導致在77GHz頻率上不匹配。 透過對傳送訊號的量測可以確定天線罩材料的頻率匹配和衰減，這是天線罩材料是否適用的基礎。位於被測零組件後面經校準的發送單元掃描選定的頻率範圍，接收陣列接收訊號，能夠精確評估天線罩的發送頻率響應。此頻率響應提供被測零組件是否適合這個頻段。這些訊息與雷達單元使用的實際訊號波形無關，因此適用於能夠安裝在天線罩後面的所有類型雷達。 因應雷達可靠性測試　量測儀器推陳出新 自動駕駛需要可靠雷達以正確地偵測周圍區域內的物體，這取決於雷達質量和安裝位置。用作雷達天線罩的車身零組件會使訊號產生損耗，或導致目標位置誤判。當下，這些零組件不僅要承擔原有的機械件功能，還需要有特定的射頻特性。要靠準確和實用的量測方法來驗證這些特性。為此，量測儀器商提供了一種創新、獨特的方法，可在極短時間內給出空間各點射頻反射率和透射量測，並提供更加詳盡的量測結果。 對於汽車製造商而言，更多的測試意味著更高的成本和更低的生產率。但對於供應商來說，這些則代表了機會。他們可以自己測試需要的零組件。這不僅提高了自己的質量標準，還使他們能夠透過提供具有量測資料的特定附加服務來提高客戶忠誠度。 (本文作者皆任職於羅德史瓦茲)

隨著汽車朝智慧化、自動駕駛的方向發展，對微控制器(MCU)需求持續增加；未來不論是自駕車、車聯網，都有著各式各樣的連接控制、數據與訊號處理，而MCU便扮演關鍵的控制角色。 恩智浦半導體(NXP)大中華區車用微控制器與微處理器事業部產品行銷經理張曦(圖1)表示，雖說2019全球整體車市成長可能放緩，但是受各地區更嚴格的安全和排放法規影響，汽車的電子化比重還會成長，也就是說車內電控系統的裝載率還會提升，車用MCU市場還會保持成長。 圖1　NXP大中華區車用微控制器與微處理器事業部產品行銷經理張曦表示，新能源、智慧聯網和自動駕駛技術的快速發展以及日趨成熟，對MCU的性能與功能要求也逐漸增加。 其次，伴隨著新能源、智慧聯網和自動駕駛技術的快速發展和日趨成熟，以及整車電子電氣架構的演進，對車用MCU不僅需求增加，且對其性能、功能、生態以及開發難度都提出了新的要求，比如運算力、功耗、功能安全、資訊安全、線上升級、軟體相容性、複用性、可攜性等等。 創新應用/安全推升車用MCU需求 德州儀器(TI)半導體行銷與應用嵌入式系統總監詹勳琪(圖2)表示，MCU在車用市場可分為五個應用，第一是影音娛樂，第二是電動車的電源管理(尤其是電動車的OBC、OBG、AC-DC、DC-DC等)，第三是現今十分熱門的自動駕駛輔助系統(ADAS)，再來是車體照明，最後則是汽車被動安全(安全氣囊)。而目前電動車、ADAS話題相當熱門，也因而成為驅動車用MCU成長的兩大關鍵推手。 圖2　德州儀器(TI)半導體行銷與應用嵌入式系統總監詹勳琪指出，車用MCU的應用十分廣泛，然而不論是用於電動車或自駕車，安全是MCU共通的設計重點。 詹勳琪指出，MCU於電動車的主要應用還是在馬達控制、電源管理之上，像是OBC、OBG、AC-DC、DC-DC，最主要的目的便是使電動車能有更好的能源使用效率。至於ADAS方面，則是車用感測器帶動(如超音波、雷達、攝影機等)，因ADAS的感測器都會搭配MCU進行控制，MCU的需求遂而上揚。 因應電動車、ADAS市場需求，TI也備有相關解決方案，像是C2000 Piccolo微控制器組合最新產品「C2000 F28004x MCU」，可優化如電動車車載充電器、馬達控制逆變器和工業電源供應等高成本電源控制應用。開發人員可利用該產品減少物料成本，同時建構更小、更可靠的系統，提供系統保護和新功能，實現高性能的電源控制系統。 該產品特色包括：優化的性能和功率；先進的驅動和靈活的設計，可有效提高效率和功率密度；強化的數位和類比交叉開關，靈活地支援控制和保護機制；以及嵌入式即時分析和診斷單元強化了除錯功能，超高速序列介面提高了隔離範圍內的輸送量，靈活的引導模式使開發人員能夠減少或消除引導模式針腳。 又或是用於安全控制的Hercules MCU系列產品，該系列產品強化多項安全特性，憑藉整合型即時指令和資料追蹤支援，系統和軟體開發人員將得到富有洞察力、高效率和更好的代碼分析除錯體驗以及更高的執行力，將有助於設計人員更為簡便快速地滿足針對交通運輸應用的ISO 26262功能安全性標準，如先進駕駛輔助系統、網域控制、電子推進系統等。 詹勳琪表示，事實上，車用MCU的應用十分廣泛。然而，不論是用於電動車馬達控制、ADAS系統或車體控制等，車用MCU的共通設計要點便是「安全性」。為了要確保安全性，MCU不僅須通過ISO26262 ASIL A~D(依車廠要求)的認證，也須在MCU中添加所謂的「備援機制」，也就是車用MCU開始採用雙核心鎖步(Lockstep)的設計。 詹勳琪進一步說明，具備雙核心的MCU意味有著雙重保險，也就是同樣的程式由兩顆核心進行運算，而當其中一顆核心故障時，另一顆可以立刻進行錯誤處置，而不致於使運算出現問題，影響駕駛安全。 扮演稱職綠葉　新應用/技術少不了MCU 意法半導體(ST)亞太區汽車產品事業體行銷經理陳錫成(圖3)則透露，車用市場一直都是穩定成長，而MCU扮演著輔助的角色，只要有新的應用、技術出現，MCU的需求也會隨之增加。 圖3　意法半導體亞太區汽車產品事業體行銷經理陳錫成透露，MCU向來是扮演輔助的角色，只要有創新應用，MCU的需求就會穩定成長。 陳錫成說明，不論是油電混合車、電動車或是自駕車，將過往機械控制部分改為半導體晶片控制(例如車窗、座椅等)時，除了需要高效能的中央處理器外，也需透過MCU進一步強化控制效率。又或是要將AI導入汽車當中，當中央處理晶片運算效能不足時，也需要MCU從旁輔助，進而提升資料存取、運算能力和加強隱私，也因此，隨著創新應用的崛起，MCU的需求也會持續增加，且用途會愈加廣泛。 為此，ST備有SPC5 32位元微控制器系列產品，其結合了可擴展的單核，雙核和多核解決方案以及ST獨有的嵌入式閃存技術、符合ISO 26262(最高為ASIL-D)等標準的安全性、完全性能高達150℃、符合標準的數據安全性，包括安全硬體擴展(SHE)和電子安全車輛入侵保護應用程序(EVITA)，以及完整的開發環境(從免費的IDE，代碼編譯器和低成本調試器解決方案到支持AUTOSAR設計的高階解決方案)等特色，得以滿足汽車聯網、馬達控制、安全、低功耗等設計需求。 此外，因應自動駕駛發展，ST近日也宣布旗下內建嵌入式相變記憶體(ePCM)的28nm FD-SOI車用MCU技術架構和性能標準，並從現在開始提供主要客戶搭載ePCM的微控制器樣片，預計2020年按照汽車應用要求完成現場試驗，並取得全部技術認證，未來將用於汽車傳動系統、先進安全閘道器、安全/ADAS系統以及汽車電動化。 據悉，隨著汽車系統的要求越來越高，提升處理能力、節能降耗、更大儲存容量等需求推進微控制器廠商開發新的車用MCU架構。隨著韌體複雜性和代碼量大幅提升，對容量更大的嵌入式記憶體需求是當前汽車工業面臨的最大挑戰之一。而ePCM解決方案可以克服這些晶片和系統的挑戰，以進一步滿足AEC-Q100汽車標準的要求，其最高工作溫度可達+165℃，並確保在高溫回流焊製程後其韌體／數據可完好保存，並且抗輻射，為數據提供更多的安全保護。 陳錫成進一步解釋，隨著新應用不斷浮現，對於車用MCU而言，最明顯的要求除了系統效能越來越高之外，「提升安全性」更是勢在必行。也因此，雙核備援機制的設計開始增加，MCU開始從單核走到雙核；同時也需通過ISO26262 ASIL的認證，且隨著自駕車開始朝Level 3、Level 4發展，愈來愈多的車廠期望車用MCU不僅通過ASIL A/B/C的認證，也能符合最高級，也就是ASIL D的標準。 滿足安全規範　 MCU設計挑戰多 自動駕駛風潮起，連帶推車用MCU需求增加，其效能和安全性也須跟著提升。張曦表示，自動駕駛是個極其複雜的系統，總體來說，要打造自動駕駛，需處理來自於各種感應器的資料，因此資料處理量大；同時需要有很強的運算能力，以透過神經網路深度學習來處理感應器資料，建立環境模型；再來是要有很強的自糾錯和異常恢復能力，實現Fail-Operation，才能確保駕駛安全，最後則是要有可靠的通訊能力，使前端與感應器通訊，收集資料，後端與執行機構通訊，完成自動駕駛。 如前所述，由於自動駕駛的特殊性，整個系統必須有很強的自糾錯和異常恢復能力，實現Fail-Operation，也就是在出現異常後，系統必須還要維持至少一定時間的最小系統運行。 為了實現這個目的，就要求系統能夠在最短時間內診斷恢復異常，如果不能恢復就要即時切換到備用系統，以保證整體功能安全。為此，必須採用符合功能安全ASIL-D級的處理器和控制單元，滿足高可靠性的需求，同時也必須有高性能的平行運算能力，滿足大量資料處理、運算需求。 張曦進一步說明，要開發ASIL-D級的處理器，在設計上會有許多特殊的考量，包含互相校驗的互鎖內核、帶自動校驗和恢復的匯流排和記憶單元、內置自測試模組、亂序記憶陣列，以及異常搜集通訊模組等。須符合這些考量，才能開發與具功能安全的處理器和控制元件，進而簡化功能安全系統的開發，克服系統複雜度高、代碼量大；系統複雜度成長快、升級頻繁；新應用新技術導入加速、開發週期縮短；以及對系統功能安全和資訊安全的要求日益提高等挑戰。 如前所述，為了打造更加安全、可靠的車用MCU，在設計上會有很多特殊的考量，而為了應對這些挑戰，NXP推出S32處理器平台，藉由基礎共用平台涵蓋不同應用處理器間的共同需求，像是運算性能、功能安全、資訊安全、線上升級等，進而提升軟體移植性和複用性，同時在不同的應用處理器上搭載專屬硬體加速器提升系統應用功能處理能力。 張曦指出，透過這種方式，使得該公司的車用處理器提升了10倍以上的性能，並提高代碼複用度，縮減系統開發週期；且全平台支援功能安全，資訊安全和系統升級，也大幅提升系統覆蓋度，使得車上任何區域的電控系統，都可找到NXP相對應的車用處理器進行開發。如此一來，便能協助汽車電子業者加速系統開發週期和上市時間。 MCU供應商/車廠密切合作打造完善安全系統 Microchip汽車產品事業部門美洲區行銷經理David Schellenberger(圖4)則認為，現今的汽車行業有四大趨勢，分別為自動駕駛、電氣化、網路化和資料安全性。消費者的偏好和政府新法規的制定是這些趨勢背後的關鍵驅動因素，消費者對自動駕駛提供的眾多便利和改進感到興奮，從共享移動性到增強的交通多元化，再到更安全的道路；至於電動汽車改善了環境，使汽車製造商能夠滿足政府規定的燃油效率法規。 圖4　Microchip汽車產品事業部門美洲區行銷經理David Schellenberger認為， MCU必須要具備相當高的處理以及傳遞速度，才能夠應付自駕車感測器產生的大量數據，保持通訊可靠性十分重要。 此外，也需要先進的網路連接規畫來實現這些趨勢，消費者同時也渴望跟他們的車輛有更智慧的連結；最後，所有目標都需要更好的資料安全防護，使車輛更安全，更能抵禦惡意攻擊。 不過，要實現自動駕駛車輛，必須要仰賴感測器和外部環境所蒐集的大量數據，才能夠安全可靠地運行。也因此，汽車MCU必須要能以非常高的速度處理和傳遞這些數據，以便進行即時決策，這種通訊必須非常安全可靠。 Schellenberger透露，為此，該公司正致力於將汽車MCU的設計重點放在先進通訊協定和網路安全模組等領域，由於自動駕駛是一個新興市場，其中會包括許多並非傳統汽車領域的產業，因此缺乏一致的產業要求以及不斷演進的技術會帶來很大的挑戰。因而推動了半導體供應商與汽車OEM和一級設計師之間的密切合作，以滿足這些不斷變化的需求。 除此之外，數據安全運作和網路傳輸安全是目前最重要的兩個趨勢，因此Microchip致力於了解產業需求並在這兩個領域開發解決方案，並與汽車業者密切合作，確保整體系統解決方案，包括MCU、類比、連接、記憶體和安全零組件等性能與可靠性，使其能夠開發高效能/高安全性的嵌入式控制系統。 車用MCU持續滿足節能/安全/舒適要素 總而言之，汽車工業的目標始終是為使用者打造更為節能、更為安全、更為舒適的車輛，所有的汽車電子發展也是圍繞這三大主題展開，包括最近十分熱門的新能源，智慧聯網和自動駕駛技術。 張曦指出，圍繞上述三大目標，現代車輛便須裝載越來越多、越來越複雜同時卻必須越來越安全的電控系統。因此，對車用MCU的要求可歸納為以下六點： 1.需更高的性能，以適用越來越複雜的系統。 2.需更低的功耗實現節能環保。 3.需更高的功能安全和資訊安全，打造更為安全可靠的系統。 4.需更高的複用和移植性，以更快更可靠的實現新功能和系統開發。 5.需更高的相容和線上升級能力，才能更快更方便實現新功能的反覆運算。 6.需更強的通訊能力，以支援更多通訊介面和協定，實現各模組間的交互通訊。