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汽车通信芯片:国家汽车芯片标准体系建设指南解读

更新时间:2024-04-01 15:23:44 浏览量:365

2024年1月8日工业和信息化部发布《国家汽车芯片标准体系建设指南》(简称:指南),依据《国家标准化发展纲要》《新产业标准化领航工程实施方案(2023-2035年)》等,该指南由工信部组织汽车/电子等领域行业机构梳理编制,目标是构建跨行业、跨领域、适应我国技术和产业发展需要的国家汽车芯片标准体系,引导和规范其功能、性能测试及选型应用,加速推动汽车芯片研发应用,支撑和保障产业健康可持续发展。

该体系建设分两个阶段,第一阶段是到2025年,制定30项以上汽车芯片重点标准,明确信息安全等四项基础性要求,制定通信、控制、计算、存储及功率芯片等重点产品与应用技术规范,形成整车及关键系统匹配试验方法,满足汽车芯片可靠应用等基本需要。第二阶段是到2030年,制定70项以上汽车芯片相关标准,进一步完善通用性要求,实现前瞻性/融合性技术与产品研发有效支持,基本完成典型应用场景及其试验方法的全覆盖。

汽车通信芯片:国家汽车芯片标准体系建设指南解读

车载芯片在不同构件系统中功能/性能差异很大,因此依据智能化运载工具各类应用场景,汽车芯片被归为动力系统、底盘系统、车身系统、座舱系统和智驾系统五大类。根据实现功能不同被划分为控制、计算、传感、通信、存储、安全、功率、驱动、电源管理和其他类共10个类别,基于以上规划相应标准。

汽车通信芯片:国家汽车芯片标准体系建设指南解读

随着信息、计算和芯片技术迅速发展,车内外信息交互需求日益增加,汽车电子系统数量和复杂度不断增高,车载通信网络承载系统间通信。根据连接形态不同,汽车通信分为有线和无线两种。无线通信用于V2X(车-其他车/设备/网络/行人连接)及车内设备互联,按传输距离可分为广域网通信和局域网通信。广域网包括蜂窝(Cellular)、卫星(GNSS)等,局域网包括V2X直连、蓝牙(Bluetooth)、无线局域网(WLAN,车载主要是Wi-Fi)及超宽带(UWB)等技术。有线通信主要用于车内设备间通信,也属于局域网,对应芯片涉及以太网(Ethernet)等技术。对应各类芯片如下:

  1. 移动蜂窝芯片
    与手机类似,汽车通过接入通信基站实现信息收发,通信功能由移动蜂窝(Cellular Mobile)芯片完成,根据移动通信制式划分为2G/3G/4G/5G芯片。目前4G芯片是车载移动通信应用主流,5G芯片渗透率正快速提升。相比4G,5G在传输速率、低延时、可靠性等性能具有明显优势。
    按数据收发流程,移动蜂窝芯片细分为基带芯片和射频芯片两部分,基带芯片负责信号调制/解调,通常集成在SoC上,主要包含五个子模块:CPU、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器、接口模块。射频芯片负责数据发送/接收,完成电信号和无线信号的互转。射频芯片由射频前端和射频收发器组成,射频前端包括功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、滤波器(Filter)、射频开关(Switch)、天线调谐开关(Tuner)等。
    在整车中移动蜂窝芯片可集成到T-BOX或网关等控制器中,一般为一颗,主要应用包括OTA升级、高精度导航、紧急呼叫、遥控泊车、远程诊断、互联网娱乐等,赋予汽车网联化功能。
    移动蜂窝基带芯片行业技术壁垒高、研发周期长、资金投入高,市场高度集中,目前Qualcomm,Sumsung、HiSilicon、Media Tek、紫光展锐等各占全球市场份额。移动蜂窝射频芯片Skyworks、Qorvo、Broadcom和 Murata 合计占全球85%市场份额,其余15%为Qualcomm、Media Tek,紫光展锐、卓胜微等。
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  2. V2X直连通信芯片
    主流V2X直连通信采用C-V2X技术(包含LTE-V2X和NR-V2X细分技术),是基于LTE/NR蜂窝网通信技术演进车用无线通信技术,用于实现车辆与周围环境中车、人、基础设施等通信,同时满足低时延/高可靠技术要求。
    V2X直连通信芯片用于对远车、路及其他交通参与者信息处理交互,包括外挂和集成两种,目前主流是将V2X直连通信与蜂窝通信功能集成。全球通用频段一般为5.9GHz,我国LTE-V2X专用频段为5905-5925MHz,NR-V2X目前国内尚未规定。
    V2X直连通信芯片可集成到TBOX或智能座舱域控制器中,一般为一颗。LTE-V2X主要实现基本安全应用(避免碰撞事故)、交通效率提升和部分自动驾驶,NR-V2X通过更灵活设计,支持低时延和高可靠性要求V2X功能,最终实现完全自动驾驶。NR-V2X是LTE-V2X增强和补充并与之长期共存。
    2023年中国V2X市场规模突破500亿美元,增速高于全球均值,尽管Qualcomm在技术上领先、HiSilicon、大唐宸芯、Autotalks、ZTE、紫光展锐等也已推出或规划V2X芯片。
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  3. 蓝牙芯片
    蓝牙技术由美国蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group)制定并发布,可实现设备间点对点或多点短距离无线数据交换,采用2.4GHz频段通信,最高速率≤20Mbps,具有功耗低、自组网和成本低优势。
    蓝牙芯片是一种集成蓝牙功能的电路,包括无线射频单元、基带域链路控制单元、链路管理单元等,根据传输标准可分为常规蓝牙芯片及BLE(低功耗蓝牙)芯片。
    车载蓝牙系统以蓝牙芯片为底层硬件基础,一般集成在车机系统内,通过无线短距通信与用户手机相连,实现免提通话、车载娱乐、车辆远程诊断、汽车防盗和进出控制等功能。
    全球低功耗蓝牙芯片市场由国际厂商Nordic、Dialog、TI、ST、Cypress、Silicon Lab主导,中国蓝牙芯片企业多在低端市场,如泰凌微、汇顶科技、桃芯科技、紫光展锐等。
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  4. Wi-Fi芯片
    Wi-Fi 由Wi-Fi 联盟(Wi-Fi Alliance)制定并发布,是基于IEEE802.11标准的无线短距通信技术。目前中国汽车行业主流是Wi-Fi 6产品,下一代版本Wi-Fi7在2024年正式发布。
    相比蓝牙,Wi-Fi具有传输距离更远、速率更快、连接设备更多、应用更广等优点。目前车载Wi-Fi主要应用为座舱内信息娱乐、移动办公等。Wi-Fi芯片可被集成到TBOX、车机/座舱域控制器、网关等控制器中。
    预计到2025年我国车载Wi-Fi6产品渗透率将达90%以上,目前国际厂商占市场主导,HiSilicon也跻身市场前列。
  5. GNSS 导航芯片
    GNSS导航芯片是导航终端的核心,其定位精度、功耗、体积等指标直接影响导航系统性能。GNSS芯片包括射频芯片和基带芯片,射频芯片负责接收信号,基带芯片负责解码接收到基带信号,主流技术采用基带和射频芯片集成。GNSS芯片配合算法共同决定GNSS系统的导航定位精度。
    车载GNSS芯片一般集成在OBU、TBOX或车机中,主要用于导航定位、紧急援助及智能驾驶,随着智能网联快速发展,卫星定位技术为多传感数据融合提供重要支撑,GNSS芯片在汽车领域渗透率正不断提升。
    2022年工信部颁布《关于大众消费领域北斗推广应用的若干意见》,加快推进高精度、低功耗、低成本、小型化北斗芯片研发和产业化,形成北斗与车联网等新一代信息技术融合解决方案。目前国内有40余家企业从事GNSS芯片研发,包括华大北斗、北斗星通、HiSilicon、紫光展锐、千寻等,基于传统导航芯片不断向汽车领域渗透。
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  6. UWB 芯片
    超宽带无线通信(Ultra Wide Band,UWB)具有穿透力强、抗多径效果好、系统复杂度低、定位精度高等优点,UWB芯片频率带宽较大(在3.1~10.6GHz频段具有>500MHz带宽),脉冲波形窄,在高精定位、低功耗和安全性方面优于其他技术(Wi-Fi和蓝牙),正成为智能汽车多场景功能落地的关键技术支撑。一辆汽车大约需要五颗UWB芯片,应用于智能尾门功能、雷达活体检测、自动泊车辅助等。
    车规级UWB芯片关键技术基本被国外厂商垄断,目前国内厂商大多采用NXP协议转用方式,需要重点突破。
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随着我国汽车芯片标准化体系推进,车载芯片测试市场将进一步扩展,面向该领域应用主推热租测试工具:

一、KEYSIGHT M8040A 64 GBaud高性能比特误码率测试仪是一款高度综合、高度集成、可扩展的比特误码率(BER)测试解决方案,可简化具有时效性测试,用于高速数字设计(下一代计算机、消费电子产品或通信设备)接收机物理层表征、验证和一致性合规测试。覆盖所有类型的400 GbE 标准测试,并且支持 PAM4 和 NRZ 信号以及高达 64 GBaud 的数据速率,表征芯片、器件、收发信机模块和子组件、电路板以及系统。主要在服务器、计算、数据中心和通信行业中使用。 可对多种标准进行接收机(输入)测试,包括芯片间、芯片与模块、背板、中继器和有源光缆专有接口。支持广泛的数据速率和标准,提供精确可靠的测试结果,帮助研发者更快洞察高速数字器件性能。

核心参数:

  • 线路编码:NRZ、PAM3、PAM4
  • 2 至 64 Gb/s 数据速率 NRZ 码型生成和误码分析
  • 2 至 64 Gbaud 数据速率PAM4 码型生成
  • 可提供纯净32和26.5625 GBaud PAM4 输出信号。
  • 支持标准:PCIe5.0、USB4、CCIX、SATA、SAS、PON、64G/128G FC、100/200/400 GbE、OIF-CEI-56G/112G

 
KEYSIGHT M8040A 比特误码率测试仪

 

二、KEYSIGHT N9040B(OP:50 GHz)UXA 信号分析仪卓越性能表征当今 5G、802.11ax/ay、卫星、雷达等应用中更复杂信号,包括快速跳频、宽带和瞬态信号。 优异相位噪声性能和宽广无杂散动态范围可让研发者全面了解设计纯度。更宽广分析带宽能更深入洞察更高挑战等级信号,超低相位噪声和超高动态范围能准确测量设计频谱纯度。无间隙实时频谱分析能捕获间歇信号,低噪声DANL路径助力捕获更电平的低杂散信号。输入频率可扩展至110GHz甚至更高。

核心参数:

  • 带宽:2 Hz ~50 GHz,
  • 最大分析带宽:1 GHz,
  • 信号分析带宽:510 MHz,
  • 1GHz时,10KHz频偏处的相位噪声:-135dBc/Hz,1 GHz时的DANL:-174dBM

KEYSIGHT N9040B 频谱分析仪 KEYSIGHT N9040B 频谱分析仪
KEYSIGHT N9040B 频谱分析仪

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