作为首个国内自主品牌车规通用MCU上车的芯片公司,上海琪埔维半导体一直专注于车规MCU领域,积累了丰富的经验和心得。回顾2017年首款车规MCU应用于小鹏汽车的经历,上海琪埔维半导体有限公司CEO秦岭表示这个过程耗费了相当长的时间,才逐步实现量产。
而在随着小鹏上的量产经验积累,琪埔维也开始逐渐发现了Arm Core上的一些局限所在。透过了近十年间在Arm上的使用,琪埔维在MCU开发过程中,结合实际的上车场景,积累了一系列的特殊需求。这些需求不仅是迎合市场应用的关键点所在,也是在当下半导体产业颇具挑战的局面下,琪埔维能够搏出局的差异竞争优势。而这就需要高度灵活可拓展的内核来帮助其实现这样的车规级MCU设计。在第四届滴水湖论坛上,琪埔维受邀出席并展示了其最新的车规级MCU——XL6500R系列。
集成丰富模拟资源和信息安全功能的车规级MCU——XL6500R系列
琪埔维此次展示的基于RISC-V架构的XL6500R芯片,已于今年4月量产,现处于进一步测试阶段。这款车规级的MCU基于32位RISC-V架构的,选择了芯来N203内核,主频为48MHz。芯片配备1KB ICache和256B DCache,并支持调试(SWD)。
该芯片通过特殊的扩展指令和安全处理,达到了ASIL-B,集成了MCAL以满足汽车应用的严格要求。芯片内部集成了专用于加密和解密的硬件模块——SHE(Secure Hardware Extension),支持AES-128和SM4加密算法。SHE模块可以实现安全启动和密钥的安全存储,同时还内置了一个高质量的真随机数生成器,用于产生高质量的随机数。这些功能为信息的加密、解密以及验证提供了强有力的安全保障。
XL6500R的定位是在底盘、座舱和车身控制域,应用领域包括电子换挡器、车前灯、车尾灯、车尾门、HVAC、车窗、后视镜、EPB电子驻车等,旨在逐步替代ARM系列产品。通过与芯来科技的合作,Chipways弥补了在ARM架构上的不足,并完善了相关生态链。
Chipways还开发了一个自动化测试平台,目前已覆盖约50万个测试用例,并持续增加。秦岭表示,Chipways的目标是在客户交付前解决所有潜在问题,确保产品的高质量和客户满意度。
车规级高集成单芯片电机驱动控制器——XL6510R
电机控制芯片对单片控制器(MCU)的需求非常高,特别是在集成度、面积和成本方面。为了满足这些要求,高度集成的单芯片设计是必要的。这不仅可以减少了芯片的体积和成本,还避免了多芯片设计带来的EMR问题,从而提高了电机控制的精度和性能。
此外,在电机控制中FOC算法要求极低的噪音水平,而使用多个芯片很难达到预期效果。单芯片设计不仅在硬件集成度上占优势,还能通过优化设计降低热量产生和噪音,确保最终产品的客户满意度。
为实现这一目标,需要解决一系列技术挑战,如BCD高压工艺和嵌入式闪存(eFlash)的集成。在这方面,经过多年的积累和研发,Chipways芯片在耐压、功耗和精度方面取得了显著突破,尤其是在-45度到125度的宽温范围内,芯片能够保持极高的测试精度,避免漏电问题。
此外,单片控制器的设计不仅仅是硬件的集成,还涉及到整个系统的优化。例如,将SBC(系统基础芯片)、MCU和Pre-Driver集成在同一芯片上,并进一步集成MOSFET,以实现更小的面积和更好的热管理。这些设计极大地提高了电机控制芯片的整体性能,满足了高效、低成本和高精度的应用需求。
“电、漏电和精度是整个模拟芯片核心中的核心。”秦岭说到,“把SBC、MCU、Pre-Driver放在一起,MOSFET也集成进来结果‘热’的问题。这样面积会做的更小,噪音等各方面能够在内部进行很好的控制。”
XLR6510R就是这样的一款车规级高集成单芯片电机驱动控制器,集成了SBC(系统基础芯片)、MCU(微控制单元)、Pre-Driver(前级驱动)以及MOSFET驱动器。这样的设计有助于减小芯片面积,并且提升整体系统的集成度和效率。
相比Chipways另一款基于M3内核的XL6608A,XL6510R实现了同样的CPU主频和Flash容量,但集成了更多路的模拟资源——26路的10位高精度ADC,同时也将MOSFET集成了进去,具有以下几个优势:
更强的电机控制能力:XL6510R集成了4相半桥MOSFET驱动器,而XL6608A仅为3相半桥。这意味着XL6510R能够支持更复杂的电机控制应用,提供更高的精度和效率,尤其适合对电机控制要求较高的应用场景。
更高的ADC通道数:XL6510R配备了26通道的10位ADC,而XL6608A仅有8通道的10位ADC和10通道的8位ADC。这使得XL6510R在模拟信号采集上具有更高的能力,能够同时监控更多的输入信号,提高系统的监控和控制精度。
RISC-V内核的灵活性与定制化:XL6510R基于RISC-V内核,这一开源架构相比ARM Cortex M3提供了更多的定制化可能性。chipways可以根据具体需求优化指令集和架构,进一步提升性能和效率,并且更容易实现面向特定应用的优化。
LIN PHY接口的自动地址配置:XL6510R的LIN PHY接口支持自动地址配置功能,而XL6608A则没有。这一功能简化了车辆通信总线的设置和管理,提升了系统的易用性和配置效率。
总体来说,XL6510R通过更高的集成度、更强的电机控制能力、更多的ADC通道以及内核的灵活性,提升了电机控制芯片的性能和适应性,尤其在需要高精度和高可靠性的汽车应用中表现更为突出。
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秦岭表示,当下是半导体寒冬中的寒冬,而未来如何去突破?尤其当下还有高度内卷的局面下,如何才能生存下去?“实际上对于每个公司的CEO也好、对于每一个创业者来说,都需要深刻的知道影响我们的出路在哪里。需要一个生态链,构建出大家的生态壁垒、技术壁垒、产品壁垒。只有这样我们可能才有机会突围,能够走向更好的明天。”