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近期，德州儀器(TI)以“芯啟未來：共赴安全、智能、可持續(xù)之旅”為主題，隆重亮相2024慕尼黑上海電子展，圍繞汽車電子、機(jī)器人和能源基礎(chǔ)設(shè)施三大領(lǐng)域展示了一系列的創(chuàng)新技術(shù)和設(shè)計理念。

汽車市場發(fā)展展望：安全、智能化與可持續(xù)性

在汽車市場不斷發(fā)展的過程中，如何實現(xiàn)汽車的安全、智能化和可持續(xù)性成為了業(yè)界關(guān)注的核心。其中，新能源汽車的電動化發(fā)展以及電子系統(tǒng)架構(gòu)的迭代和創(chuàng)新等關(guān)鍵技術(shù)就為汽車行業(yè)帶來了革命性的變化。

除了電動化，提高汽車的安全性和自主性同樣是關(guān)鍵。通常而言，自主性是指汽車在自動駕駛或輔助駕駛過程中能夠更智能、更安全地控制和執(zhí)行操作，包括在不同場景下的最小操作化自動駕駛。而安全性則涵蓋了功能安全和信息安全兩個維度，前者確保車輛在自主運(yùn)行時不會對乘客或周圍人員及物體造成傷害，后者則保證了車輛數(shù)據(jù)的安全性，防止?jié)撛诘木W(wǎng)絡(luò)攻擊。

在汽車行業(yè)，軟件定義車輛的概念逐漸興起，它與新一代的汽車電子電氣架構(gòu)緊密相關(guān)。德州儀器中國區(qū)技術(shù)支持總監(jiān)師英先生提到，為了實現(xiàn)軟件定義車輛的目標(biāo)，許多前瞻性的客戶正通過創(chuàng)新和協(xié)作推進(jìn)這一進(jìn)程。

目前的電子電氣架構(gòu)趨勢是將汽車智能系統(tǒng)劃分為座艙、輔助/自動駕駛和車輛控制(包括動力與底盤)三大領(lǐng)域?；谶@三大域控制器的設(shè)計，一個中央網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)交互，而許多主機(jī)廠正在將分散的車身控制單元整合到三到四個區(qū)域控制器中。這一轉(zhuǎn)變不僅提高了汽車的智能化和線控能力，還增強(qiáng)了安全性與能效管理，為軟件定義車輛提供了硬件基礎(chǔ)。

作為一家全球性的半導(dǎo)體公司，德州儀器在汽車電子電氣架構(gòu)領(lǐng)域提供了廣泛的產(chǎn)品和解決方案。該公司擁有超過八萬種產(chǎn)品，服務(wù)于全球十萬多家客戶，其中包含七千多種汽車級產(chǎn)品。

據(jù)了解，德州儀器的處理器、微控制器和電機(jī)控制器在汽車的主力控制器和區(qū)域控制器中扮演著關(guān)鍵角色，提供高性能計算能力，確保車輛電子系統(tǒng)、底盤和電池系統(tǒng)的安全和效率。德州儀器的技術(shù)和解決方案致力于使電動汽車更加安全、經(jīng)濟(jì)實用，滿足市場對高效、可持續(xù)汽車技術(shù)的需求。

在智能車輛信息娛樂處理單元方面，德州儀器的多核異構(gòu)處理器在高級駕駛輔助系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，處理來自毫米波雷達(dá)、攝像頭和激光雷達(dá)等傳感器的數(shù)據(jù)，幫助實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、融合運(yùn)算、決策控制、驅(qū)動等整個鏈路的管理。

此外，德州儀器還在車輛高速互聯(lián)領(lǐng)域提供實時、安全的數(shù)據(jù)傳輸解決方案，并在電源管理和ADAS領(lǐng)域提供高集成度的解決方案，符合ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)。

對于新能源汽車而言，電池管理系統(tǒng)是核心組成部分之一，它負(fù)責(zé)監(jiān)控每節(jié)電芯的電壓和電流，實時跟蹤電池的健康、容量和充放電狀態(tài)，確保電池的性能和安全。德州儀器的BMS解決方案提供實時電池狀態(tài)監(jiān)控，保障電池健康與安全，并結(jié)合車載充電器和雙向直流轉(zhuǎn)換器，滿足新能源汽車在續(xù)航、安全和快速充電方面的電氣系統(tǒng)需求。

機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢與創(chuàng)新

隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步，精準(zhǔn)的電機(jī)控制、智能化的“大腦”、先進(jìn)的傳感器技術(shù)以及可靠的通信安全成為機(jī)器人設(shè)計的關(guān)鍵要素。

圖：節(jié)卡(JAKA)的智能冰淇淋機(jī)

其中，電機(jī)控制是機(jī)器人動作準(zhǔn)確性和流暢性的基礎(chǔ)。無論是在工業(yè)應(yīng)用中還是在協(xié)作或人形機(jī)器人中，每個關(guān)節(jié)的馬達(dá)都需要精確控制，以確保機(jī)器人能夠執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)。

為了實現(xiàn)智能化，機(jī)器人的“大腦”必須具備人工智能能力，能夠在邊緣完成實時運(yùn)算，從而控制機(jī)械臂的精確動作。這種能力對于工業(yè)機(jī)器人尤為重要。

傳感器技術(shù)對于機(jī)器人的環(huán)境感知至關(guān)重要，需要具備精確、靈敏且高能效的特點，以便實現(xiàn)對自身行為和周邊狀況的實時監(jiān)控。同時，通信安全和數(shù)據(jù)完整性是機(jī)器人設(shè)計中不可或缺的部分，特別是在數(shù)據(jù)傳輸過程中，確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性至關(guān)重要。

在本次展出中，德州儀器帶來了一系列創(chuàng)新技術(shù)和設(shè)計理念，推動機(jī)器人技術(shù)向著更智能、更高效的方向發(fā)展。例如：氮化鎵功率半導(dǎo)體提供了高效的參考設(shè)計，利用高開關(guān)頻率減小磁性元件體積，提高了功率控制模塊的功率密度。德州儀器的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)采用第三代半導(dǎo)體技術(shù)，實現(xiàn)體積小、效率高、輸出功率大的優(yōu)勢;同時集成了門極驅(qū)動器和保護(hù)電路，如過流、過壓監(jiān)測等功能，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。其TIDA-010936參考設(shè)計基于氮化鎵的48V、850W三相逆變器，展示了在高功率密度設(shè)計方面的技術(shù)實力。

圖：適用于機(jī)器人和伺服驅(qū)動器的三相 GaN 逆變器

在機(jī)器人設(shè)計的趨勢和方向上，自學(xué)習(xí)能力和安全性是兩大核心要素。AI運(yùn)算在邊緣完成，使機(jī)器人能夠進(jìn)行實時的自我學(xué)習(xí)和自主決策，確保操作的精準(zhǔn)和運(yùn)行的安全。

AM62A邊緣運(yùn)算處理器是一款異構(gòu)處理器，配備了2TOPS深度學(xué)習(xí)加速器、多達(dá)四個Arm® Cortex® A53處理器以及其他用于視頻和視覺處理的加速器。該處理器為機(jī)器人設(shè)計提供了強(qiáng)大的計算平臺，并在缺陷檢測等應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。

通過集成的攝像頭和AI算法，該處理器可以實現(xiàn)對生產(chǎn)線產(chǎn)品的實時缺陷檢測，輸出產(chǎn)能、缺陷統(tǒng)計等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。AM62A的高算力和豐富的外設(shè)接口使其能夠直接處理攝像頭信號，完成視頻編解碼等任務(wù)。其獨(dú)立的MCU域和功能安全特性，也使其適用于汽車、監(jiān)控等領(lǐng)域的高安全要求應(yīng)用。

能源基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的全鏈路解決方案

在能源基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，德州儀器致力于提供從能源采集到用電的全鏈路解決方案，涵蓋高壓功率轉(zhuǎn)換、電流電壓傳感、邊緣處理、深度學(xué)習(xí)AI運(yùn)算，以及電池管理系統(tǒng)等多個方面。

師英提到，在能源采集與轉(zhuǎn)換方面，目前客戶面臨的挑戰(zhàn)是如何實現(xiàn)安全高效的能源采集與轉(zhuǎn)換，無論是風(fēng)能還是太陽能。德州儀器通過提供先進(jìn)的解決方案，幫助客戶解決這些問題，確保能源的高效轉(zhuǎn)換與利用。此外，德州儀器還通過精準(zhǔn)監(jiān)測和管理用電側(cè)，幫助客戶優(yōu)化能源使用，識別用電峰谷，實現(xiàn)能源的合理分配。這有助于提高整體能源系統(tǒng)的效率，減少浪費(fèi)。

由于新能源的采集受到氣候、季節(jié)和天氣等因素的影響，儲能系統(tǒng)成為解決新能源波動性的關(guān)鍵。德州儀器的解決方案覆蓋了戶儲、工商儲以及電場級別的存儲，能夠在能源生產(chǎn)過剩時有效存儲，并在需求高峰時釋放能量。

德州儀器還關(guān)注電動汽車的高效充電技術(shù)，包括V2G(Vehicle-to-Grid，車輛到電網(wǎng))和V2H(Vehicle-to-Home，車輛到家庭)技術(shù)，實現(xiàn)車輛與電網(wǎng)或家庭之間的能源互動。

在能源基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，德州儀器的技術(shù)發(fā)展方向集中在提高功率密度和能量轉(zhuǎn)換效率。德州儀器利用第三代功率半導(dǎo)體技術(shù)，如氮化鎵產(chǎn)品，提升系統(tǒng)性能。在儲能領(lǐng)域，德州儀器的BMS系統(tǒng)提供高達(dá)1500V的解決方案，滿足不同規(guī)模儲能系統(tǒng)的需求。

圖：適用于1500V高壓電池儲能(BESS)的可堆疊電池管理系統(tǒng)方案

在電力傳輸和分配過程中，德州儀器提供快速、準(zhǔn)確、可靠的電流電壓檢測方案，確保能源的有效管理和使用。此外，德州儀器的OBC(On-Board Charger，車載充電器)系統(tǒng)和充電樁解決方案也在推動電動汽車充電技術(shù)的發(fā)展。

圖：正浩創(chuàng)新EcoFlow 800W車載超充

結(jié)論

通過模擬和嵌入式技術(shù)的不斷創(chuàng)新，德州儀器致力于幫助客戶實現(xiàn)更智能、更安全、更可持續(xù)的產(chǎn)品和解決方案。無論是從能源的源頭采集到最終用戶的使用，德州儀器都力求在整個能源鏈路上提供最優(yōu)質(zhì)的解決方案，以應(yīng)對能源行業(yè)的挑戰(zhàn)。不僅如此，當(dāng)前火熱的汽車電子和機(jī)器人領(lǐng)域，德州儀器推出的前沿設(shè)計理念和創(chuàng)新方案不斷得到市場的肯定和認(rèn)可。