从80+最新芯片,看懂英飞凌的"芯"布局

2022-11-16 14:20:41 来源:EETOP 作者:Nancy Zhou

随着5G人工智能、云计算等技术的发展,初具雏形的万物互联已经为我们的生活带来了更便捷的服务。而万物互联的核心是数据和计算,芯片则是推动数字化发展的关键。全球芯片技术的发展,除了受限于摩尔定律、芯片架构、越来越复杂的电路等芯片设计的技术挑战之外,芯片还深陷能耗困局。


英飞凌是模拟和功率器件的头部企业,在某些在细分市场上,更是佼佼者,如全球功率MOSFET市占率榜首,同时也是IGBT市场上排名第一的供应商。不过,近几年来,英飞凌从顶层的科技趋势出发、对应到应用领域,其战略布局已经全面更新。目前,不仅在第三代半导体领域早有布局,更是确定了数字化的发展战略,核心应用便是物联网


11月6-8日,英飞凌携80+产品精彩亮相深圳国际电子展暨嵌入式系统展(ELEXCON 2022)顺利召开,集中呈现了英飞凌在相关领域的探索与成果,并揭示面向未来数字社会的技术趋势及产业布局。

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01

 专为物联网设计的PSoCTM

今年是英飞凌PSoC20周年。英飞凌目前比较主流的两个系列是PSoC 4,即单核的C10系列,以及双核的PSoC 6。据了解,PSoC 4、PSoC 6是应用于消费类市场和物联网的主力产品。从功能上讲,PSoC 4更贴近于做一些小应用的合成,或小型马达控制方案,如功能相对简单的HMR应用,即人机交互,而PSoC 6则是专为物联网设计的MCU。

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这里,重点介绍了英飞凌的PSoC 6。它是由最高工作频率为150M的Cortex M4的内核,加上最高100兆的Cortex M0+内核搭建的MCU架构。在物联网边缘端的应用中,Cortex M4的内核可以处理传感信息提取、计算、数据传输、无线连接和图形显示等功能。Cortex M0+内核可以做到输入输出、控制电容触摸、蓝牙低功耗控制,安全和其它通讯控制功能等。此外,PSoC 6还有一个特色功能,即CAPSENSETM特有的触摸感应技术。它既可以做成触摸按键形式,也可以做成滑条,还可以做成纵向的接近感应的方案,这是一种效果很好的HMI体验方式。对于一些新型的IoT应用,尤其是算力越来越大的应用场景,包括指纹识别、语音解码等识别功能,就可以应用PSoC 6架构。因为随着性能越来越强,功耗就会越来越高。为了平衡功耗,就可以用PSoC 6中的M0+去做事务性的简单工作,它不需要很大的工作,但需要频繁的去动作,这时就可以利用M0+鲜明的低功耗特点来平衡整个应用。

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英飞凌所有的PSoC都有数模混合的共同特点,即把运算和比较器全部都集成在MCU里,整个控制平台的数模都混合到一个芯片上就可以解决。此次英飞凌展台上分别展出了PSoCTM4 MAX 先锋研发板和PSoCTM6 WiFi-BT 先锋研发板,此外还有一款基于PSoC 4电机控制的FOC矢量控制变频电机平台,主要应用在家电领域,如空调、冰箱、洗衣机等,以及一款基于英飞凌PSoC 6的智能门锁方案,它把触摸按键、指纹算法,以及开关锁事务全部都集成到一个芯片上,相当于用一个方案就把三个方案进行了整合,可以节省应用上的BOM设计。


02

 高音质的感观享受:齐柏林音箱

英飞凌展出了其最新一代的齐柏林音箱,里面用的是三颗英飞凌的MA1070,主要是推动一个低音、两个高音和两个中音,总共五路音响。这个芯片的主要技术特点是采用多电平调制的技术,带来的比较直接的好处就是放大的声音可以保持本真,可以让声音的音质比传统的Class D音质更好一些。

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实际上,多电平调制的技术本身有三个显著特点:

  • 第一,相对传统的Class D功放,在相等的开关频率下它的调制输出信号的频率可以是传统Class D调制频率的两倍或者四倍,其调制频率可以更高、更接近于声音的原度。

  • 第二,就是多电平,即可以做到五个电平的调制。相对于传统的两电平的Class D而言,五个电平可以更贴近于音频信号,让声音更好的还原。

  • 第三,开关管的工作电压只有原来传统工作电压的一半,好处是产生的开关的噪声也会比较小,噪声越小,在音箱里面对音箱的影响就越小,音质就会越好。


3

 车用ToF传感器,不仅仅是汽车

智能汽车,无疑是当下市场崛起最快,同时也是需求最旺盛的一个新兴产业之一。在汽车智能化发展额道路上,半导体技术正在积极推动汽车的低碳化及数字化发展。展会上,英飞凌展示了多款车用产品。其中其基于3D ToF的人脸识别系统和驾驶员监控系统,以及基于3D ToF 的乘客监控系统,是首款能够符合ISO26262标准的高分辨率传感器。其在汽车上主要有四大应用场景,

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  • 首先可以做Face ID识别,即人脸识别认证。比如当我们在靠近一辆车的时候,我们可以通过Face ID识别我们的身份信息,给车辆进行解锁,然后把我们个人的信息同步到车辆的工控系统里面,让车懂你,它就知道主人喜欢的音乐、灯光氛围,座椅高度等,这些习惯性偏好都可以通过跟中控台的互动得到。

  • 其次是DMS,可以做到驾驶员监控系统。如它能实时的监测到驾驶员是否在疲劳驾驶、分神驾驶,比如通过眼睛,即眼球的视线来实现。还能进行手势的识别控制。

  • 第三是OMS,乘客的监控系统。可以通过对车辆遗留物品的检测,防止有些小动物,或者其他一些物品遗留在车辆上面。或可以通过ToF摄像头,来对头部、身高、体重等进行扫描,当事故发生时,安全气囊弹出的角度和强度就会根据相关信息给出准备的判断,这样可以让乘客得到更有效的保护。

  • 最后是车外盲点的检测。可以通过外部盲点的检测去监测外部的情况。


此外,这两年随着AR、VR、元宇宙概念的兴起,在IoT的场景应用中,越来越多的产品会选用英飞凌的ToF方案,比如包括游戏公司、AR的眼镜等,都有很多应用。


其它车用产品还有:

  • 汽车级硅麦克风:这是一款汽车级硅麦可风,它的作用是把声音信号变成电信号。硅麦在汽车中的一个新的可能的应用场景,即提取车辆周围声音的环境信息。

  • 氢气传感器:它可以应用到氢能源应用的整个产业链当中,可以探测是否有氢气泄漏。此外还可以检测氢气的浓度。在现今纯电动汽车中,它还有一个可能性的应用,即在电芯里。运用氢气传感器,通过检测电芯里分解出的氢气量来判断即将热失控的情况并进行报警。

  • HybridPACK™ Drive750V/950A:这是英飞凌比较著名的产品,主要应用在汽车的主驱上。根据封装形式不同,会有一系列的产品,如有硅的IGBT的,也有碳化硅的MOSFET。区别是耐压不一样,功率等级也不一样。


04

 第三代宽禁带半导体:未来已来

英飞凌的碳化硅产品有很多,电压等级从650V,1200V和1700VSiC MOSFET,据介绍,将来还可能会有更高压的3300V的碳化硅产品。


在展示的储能系统中,它采用了6个三电平模块。模块内部采用了英飞凌的IGBT和SiC MOSFET混合型配置,包括1200伏IGBT7,以及1200伏4(毫欧)的SiC MOS。英飞凌为大多数应用开发的模块是IGBT模块,全硅的方案。现在这种模块的配置方案,比纯硅的方案,在系统成本上有更大优势。据介绍,大概相比纯硅方案每千瓦能便宜5%到10%。此外,它的效率可以达到99%,相比全硅方案,开关频率可以等效的达到96千赫兹。整体来看,在1500伏的光伏储能当中是一个比较优的解决方案。


CoolGaN半桥连接展示板,是目前大家关注度比较高的一个器件,是英飞凌基于第三代半导体材料的氮化镓产品 。不过,它不是一个完整的设计,只是便于工程师去评估它的性能的一个设计。虽然它的板看起来比较小,但是它的功能很丰富。首先,它不是一个完整的设计,只是一个便于工程师去评估它的性能的一个设计。但其实可以把它搭成一个半桥电路,也可以把它搭成一个boost电路,还可以搭成一个buck电路,非常方便工程师根据自己的要求去做调试。


3000W服务器电源是为服务器和数据中心设计的满足OCP标准的服务器电源,其输出是50V。之前的服务器,一般大多数是12V。目前这款现服务器,其PFC全部都是用了碳化硅产品,整体效率非常高,峰值效率达到了97.5%,超过钛金96的标准。英飞凌非常看好这个产品,表示是一个极具吸引力的产品。


氮化镓的LLC Demo 板。它的功率密度非常高,可以达到160瓦每立方英寸。传统LLC基本上都是100-200KHz的工作频率。英飞凌的这个LLC,它的工作频率可以高达350KHz,它的效率加LLC能够达到98,或者是98以上。也就是说,频率提升的同时,并没有牺牲它的效率。同时,虽然达到98,但它的频率可以达到350K,也就是它的电感还有电容可以进一步的缩小。


05

 总结

展会上,英飞凌展出的科技产品还有很多,如BMS 整体解决方案 、具备12通道独立ADC、自带内置的12路低通滤波器、以及基于BLE定位的汽车钥匙,基于蓝牙&Wi-Fi打印机方案等等。早期的时候,物联网的连接都是基于本地点对点的连接。目前,信息产业已经发展到一个全新的阶段,新一代信息产业的一个显著特点便是连接技术能力,方向是加持这种技术之后实现智能化的人机互联和万物互联,更重要的是安全互联!


数字智能,低碳未来!英飞凌正凭借其完整、可靠、高效的解决方案,赋能万物互联,引领未来出行!

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