如今車上出現越來越多的車載電子設備,而電子設備和中控系統之間的數據收集與傳遞都需通過車載網絡來實現。CAN 收發器是車載與工業底層通訊關鍵元器件,國内市場此前長期被國外芯片廠商所占據。
有人築牆,就有人破壁。芯力特基于自主核心知識産權,通過單芯片集成 TVS 器件、共模輻射抑制電路、低功耗設計等關鍵技術,率先推出自主研發高品質 CAN 系列芯片,打破歐美等發達國家的技術壟斷。
在 2022 年 9 月 15 日的 2022 第五屆自動駕駛與人機共駕論壇中,湖南芯力特電子科技有限公司汽車電子業務總監王閏星坦言," 在自動駕駛和車聯網領域的大算力高端芯片上,我們跟國外的品牌相比目前仍需進一步努力;但在 CAN/LIN 收發器基礎芯片上,我們有信心把它做好。"目前在比亞迪、東風、廣汽、長城、上汽等主機廠中,芯力特的産品已投入批量應用,得到了市場的充分驗證。
主流車載網絡技術:CAN 與 LIN 總線
車聯網作為智能網聯時代的技術支撐,近年來其重要性愈發顯著。車載通信網絡包括 CAN 總線、LIN 總線、FlexRay 總錢、MOST 總線、以太網等,随着汽車電子技術的發展,CAN、LIN 總線在汽車網絡中得到越來越廣泛的應用,可用于智能座艙、輔助駕駛、汽車照明、汽車電源與電機、底盤與動力系統、車身控制等領域。同時,實現不同性質、不同速率之間的網絡通信也成為必須要解決的問題。
控制器局域網 CAN(Controller Area Network)最初由德國 Bosch 公司設計,應用于汽車的監測和控制。作為一種可靠性高、功能完善的遠程網絡通訊控制方式,CAN 逐步被廣泛用于各種控制領域,成為車載與工業底層通訊關鍵元器件。
本地互連網 LIN(Local Interconnect Network)是面向汽車地段分布式應用的低成本串行通訊網絡,用于實現汽車中的分布式電子系統控制。LIN 作為一種輔助性的總線網絡,旨在為現有汽車網絡(例如 CAN 總線)提供輔助功能,通常用于門開關、後視鏡、燈光控制、天窗等處。
圖片來源:芯力特
近年來,在芯片領域,尤其是 CAN 收發器領域,國外知名廠商的芯片價格不斷攀升,且處于嚴重缺貨狀态,急需尋求國産芯片替代。
對此,芯力特針對 CAN 與 LIN 應用推出多款收發器芯片,旨在加速實現 " 缺芯 " 和漲價背景下的國産化替代。
CAN 芯片迎來國産替代機遇
CAN 網絡在汽車中的作用就如同人體中的神經網絡,車端各零部件和 ECU 之間的通信都離不開 CAN-Bus,CAN 收發器在車載網絡中的重要性不言而喻。
CAN 收發器芯片作為接口芯片,設計時需考慮耐壓能力、ESD 等特性。因其較高的設計門檻,相關技術和市場此前為國外廠商所壟斷。關鍵技術不能受制于人,近年來,在 " 缺芯 " 潮下,相關技術不斷攻關突破,以芯力特為代表的本土廠商逐漸崛起,推出一系列 CAN 收發器芯片。
芯力特的 CAN 收發器已經過多次叠代,2018 年就成功量産國内首款可用于汽車領域的 CAN 總線收發器 SIT1040、SIT050,2020 年推出的支持 CAN FD 的 SIT1044、SIT1042、SIT1051 等為第二代産品,2022 年又推出了支持低功耗應用、功能更複雜的第三代 SIT1043、SIT1145 等型号,2023 年還計劃推出集成電源和看門狗等功能的 CAN SBC 系列芯片。
目前,芯力特 CAN 收發器系列芯片已廣泛應用于汽車 BMS 系統、車載 ECU、儀表控制盤、車身控制、智能駕駛、車載診斷儀、工業 PLC、電梯控制器、電力保護裝置等諸多領域。
随着汽車步入智能網聯時代,經典 CAN 總線已難以滿足車載網絡日益提高的帶寬和數據速率靈活性的要求,更高速率的 CAN 芯片需求呼之欲出,CAN FD(CAN with Flexible Data rate)應運而生。
可整闆休眠、遠程喚醒的 CAN FD 芯片
CAN FD 是一種基于傳統 CAN 總線标準而構建的通信協議,其作用與 CAN 的物理層作用相同,都是将 3.3V 或 5V 的邏輯信号轉換成差分信号。與傳統 CAN 相比,CAN FD 數據傳輸率從 1Mbps 提升至 5Mbps;數據有效負荷增加 8 倍,達到最高支持 64 字節的有效負荷。此外,CAN FD 還改善了錯誤幀漏檢率,因其更優的性能被視作下一代主流汽車總線系統。
2020 年,芯力特量産了國内首款 CAN FD 系列芯片 SIT1042,它的推出進一步填補了國内 CAN FD 芯片領域空白。此後又繼續推出 SIT1044、SIT1051、SIT1057 等系列産品。下圖是芯力特四代車規級 CAN 收發器芯片的開發路線。
2022 年,芯力特持續發力推出支持低功耗應用的 CAN FD 産品,其中就包括支持整闆休眠的 SIT1043 系列。
SIT1043 是第三代 CAN FD 産品,是一款應用于 CAN 協議控制器和物理總線之間的接口芯片,支持 5Mbps 靈活數據速率,具有在總線與 CAN 協議控制器之間進行差分信号傳輸的能力。SIT1043 總線端口耐壓可達 -58V 至 +58V,接收器共模輸入電壓達到 -30V 至 +30V,适用于 12V 或 24V 應用系統。
SIT1043 采用多電源供電,擁有多種系統保護和診斷功能以提高器件和 CAN 的穩定性。另外,SIT1043 擁有正常工作模式、靜音模式、待機模式、睡眠等待模式和睡眠模式等五種工作模式,在低功耗模式下支持本地喚醒與遠程功能,這一模式能極大節省 CAN 總線應用系統的電力。
SIT1043 帶 INH 引腳功能,能夠控制給系統供電的 LDO,使系統在休眠模式下關閉 LDO 輸出,達到最低功耗,以滿足低功耗需求。
圖片來源:芯力特
目前 SIT1043 主要應用于汽車通信領域,如車身控制系統、汽車網關、高級輔助駕駛系統(ADAS)、信息和娛樂系統、BMS 等,未來将廣泛應用于各個 ECU 模塊,為新能源汽車節省功耗,增加續航能力起到重要作用。
低功耗、高性能 LIN 收發器芯片
芯力特自主研發的 LIN 收發器芯片 SIT1021Q 是 LIN 網絡主 / 從協議控制器和 LIN 物理總線間接口器件,可應用于車載和工業控制等領域,适用于 1kbps 至 20kbps 傳輸速率的車載網絡。兼容 "LIN 2.x/ISO 17987-4:2016 ( 12V ) /SAE J2602" 标準,輸入電平和 3.3V 與 5V 器件兼容。
據了解,該芯片總線端口耐壓達到 ± 42V 以上, 具有高耐壓、低漏電、高電磁兼容能力、超低功耗的休眠模式等特點。
SIT1021Q 具有超低功耗休眠模式,芯片在休眠模式下,流過 VBAT 腳電流典型值僅為 3uA;
目前 SIT1021Q 對标的國外廠商同類産品主要為恩智浦 TJA1021,SIT1021Q 可 PIN TO PIN 與之兼容,引腳分布圖如下:
圖片來源:芯力特官網
圖片來源:恩智浦官網
兩款收發器都具有低功耗休眠模式、TXD 顯性超時功能、支持 3.3V 與 5V MCU 系統通信、本地喚醒與遠程喚醒、總線限流保護功能、使用 INH 引腳控制外部穩壓器、電池欠壓保護功能、過溫保護功能、總線限流保護功能。另外,SIT1021Q 與 TJA1021 工作模式之間的切換方式、典型應用電路都一緻,同時 SIT1021Q 已通過與 LIN 協議的一緻性測試。
基于以上原因,兩款 LIN 收發器可以 PIN TO PIN 兼容,在 LIN 網絡中可以兼容可靠通訊,因而更容易實現國産替代。
目前,SIT1021Q 成為芯力特廣泛應用的基礎 LIN 型号。除了 SIT1021Q,2022 年芯力特還持續推出雙路的 SIT1022Q、四路的 SIT1024Q 系列,以及集成 LDO 的 Mini LIN SBC 芯片 SIT1028Q 等多款産品,期望以兼具低功耗與高性能特性的 LIN 芯片實現國産替代的最優解。
芯力特:從通信接口芯片開始
芯力特電子科技有限公司是一家由留學歸國人員創辦,專注于汽車與工業類芯片的國家高新技術企業。該公司面向國家需求,以盡心盡力做特殊芯片為己任,圍繞汽車電子以及工業物聯網領域進行相關技術攻關。
近年來芯力特在汽車電子領域不斷耕耘,堅持自主創新,成為國内第一家同時擁有車載 CAN、LIN 收發器芯片的模拟 IC 廠商。自 2018 年成功量産國内第一款自主研發 CAN 總線芯片 SIT1040 以來,芯力特陸續發布了 40 餘款 CAN、CAN FD、LIN 收發器芯片,有效填補國内缺失。
在通信類接口芯片這一細分領域,芯力特目前是國内産品系列最全,出貨量最大,産品最成熟的 IC 設計公司。當前,芯力特的 CAN/CAN FD/LIN 系列産品已廣泛應用于多家主機廠和三百餘家 Tier1 企業。
此前,國内主機廠對于國産芯片品牌仍普遍處于觀望狀态,然而近年來本土廠商的技術進步讓 " 中國芯 " 有了越來越多的用武之地。正如王閏星所言,CAN/LIN 收發器等基礎芯片或将成為國産芯片赢得話語權的一大突破口。在芯片受到不确定因素影響,極易出現供應缺口的今天,主機廠在給國産芯片更多機會的同時,也能規避供應商過于集中帶來的供應鍊風險。
可以預見的是,在未來的智能電動車時代,芯力特等中國本土芯片廠商必将占據一席之地。