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从ADI的产品布局,看汽车市场增长点

发布时间:2020/4/3

虽然它们都属于智能网联车或者自动驾驶的组成部分,但市场分工却可能非常多样。而且我们先前就不止一次地提过,这些趋势让更多原本并不属于传统汽车行业的企业也加入了进来,所以参与者变得更加多样化。sK8EETC-电子工程专辑

前不久ADI(亚德诺半导体)在知乎举办了一场有关“汽车新趋势中的关键技术”直播。虽然介绍关键技术相关的,更多还是围绕ADI本身所擅长的部分,不过这也能让我们窥见,像ADI这样着力在混合信号与数字信号处理的企业,在自动驾驶驱车的趋势中,扮演着什么样的角色,以及技术构成中负责哪部分的分工。sK8EETC-电子工程专辑

在谈这些技术之前,我们按照惯例先来看看ADI这家公司汽车相关业务的营收情况,从较浅的层面梳理ADI这家公司的业务,顺带还能从中窥见汽车行业某种程度上的发展情况。sK8EETC-电子工程专辑

如果从产品构成来看ADI这家公司的话,其专注的主要方向就是模拟、混合信号与数字信号处理技术相关的IC,以及设计针对应用的解决方案。ADI的核心技术覆盖数据转换、放大、RF射频与微波、MEMS系统、电源管理与DSP。sK8EETC-电子工程专辑

除了ADI涉足的产品和领域本身很多处在行业下行期,导致2019年ADI的年度营收有下滑——这也是我们去年观察到很多同业者的整体趋势,从年度收益、营业收入、净利润以及现金流的角度来看,ADI的财务状况还是比较健康的。sK8EETC-电子工程专辑

从ADI自己在财报中的划分来看[1],这家公司的产品分成两大部分,分别是模拟产品(Analog Products)与数字信号处理与系统产品(Digital Signal Processing and System Products)。其中模拟产品还可细分为Converter(比如ADC、DAC这种数据转换器)、放大器/射频与微波(除了放大器,RF信号链整体覆盖包括PLL、频率合成器、混频器、调节器/解调器、功率检测器等等)、电源管理与参考、其他模拟(传感器、制动器,包括基于MEMS技术的产品)。sK8EETC-电子工程专辑

如果按照应用市场来划分,则ADI主要面向的是工业、通讯、汽车和消费市场。工业市场(包括工业自动化与仪器、国防/航空、能源管理、医疗健康)是ADI最大的收益来源,近些年占到ADI差不多一半的年度营收;通讯似乎是ADI这两年营收整逐渐增多,且在年度营收占比也越来越高的一个市场方向;消费市场(包括面向移动设备,如智能手机、平台、可穿戴设备等的产品,还有专业音频/视频设备相关)正在下滑。sK8EETC-电子工程专辑

汽车市场规模的几个增长点

其中汽车在ADI这些年的年度营收占比比较平稳,普遍在16%左右。不过汽车应用市场上,经历了2018年的一波涨幅以后,单看收益情况,ADI的2019财年这部分市场有8%的营收下滑。从截至今年1月份的FY2020 Q1财报来看[2],ADI汽车市场的同比下滑还在持续。ADI并未在财报中详述汽车市场下滑的原因,只是提到市场产品需求降低。sK8EETC-电子工程专辑

从总体汽车行业的市场环境来看,这种下滑基本在预期内,毕竟汽车行业整体都在下行周期内。且2019年的市场环境不确定性比较大,而且长时间处在中美贸易摩擦的业务风险中。预期加上今年上半年的疫情影响,全行业的再次下滑应该仍是不可避免的。sK8EETC-电子工程专辑

而且我们认为,ADI在汽车业务上的市场方向观察还是相当正确的。ADI在2018年年报中提到过,汽车市场价值正从“分化的引擎技术转往快速发展的用户体验,这需要通过加强的半导体与软件内容部署来获得。”sK8EETC-电子工程专辑

如果从汽车市场分类来看ADI的产品布局,则单这部分应用市场,ADI的产品覆盖信息娱乐系统、电气化、自动驾驶应用。针对这几个部分,ADI产品布局包括:sK8EETC-电子工程专辑

• 信息娱乐系统:汽车音频、语音处理与连接;视频处理与连接;sK8EETC-电子工程专辑

• 电气化:混合电动/纯电动车;电池监测与管理系统sK8EETC-电子工程专辑

• 自动驾驶,ADAS与安全:高性能24GHz&77/79GHz雷达系统;高分辨率LIDAR系统;针对关键任务导航、稳定性与安全系统的惯性MEMS。sK8EETC-电子工程专辑

这其实也是这次“汽车新趋势中的关键技术”直播中,ADI中国汽车技术市场高级经理王星炜阐述的几个重点。他在直播中将信息娱乐化系统,以“智能化”的方式做了包装——这里的智能化,更多可以理解为座舱的智能化。所以ADI所涉足的汽车领域三部分就概括为智能化、电气化与自动驾驶。这也是德勤2019全球汽车供应商调研中,市场规模上升比较大的几个部分,如上图所示。sK8EETC-电子工程专辑

听起来似乎还是挺巧的,即ADI既有针对汽车市场应用的规划,与统计分析机构给出的增长点完全吻合。不过这也并不奇怪,毕竟传统汽车系统面临市场空间收缩也不是一天两天——比如传统发动机、变速箱相关的业务,所以ADI的布局大致的确可以反映市场现状。那我们就有必要探讨一下就这几个部分,ADI主要做了些什么。sK8EETC-电子工程专辑

ADI的汽车产品线布局

(1)在信息娱乐系统这部分,王星炜主要提到了ADI如今着力的两个方向:“一是沉浸式的音频体验;二是相应的主动降噪、超宽带回声消除以及定向麦克风。”sK8EETC-电子工程专辑

ADI针对音频体验的布局,有一种叫做A2B(Automotive Audio Bus)的音频总线技术。其价值在于线束更轻。HiFi领域的高保真线材的确是比较重的,而且价格不便宜:家用HiFi烧友应该很了解,汽车中的高保真音频也不例外。而且线束重量在当代汽车中的占比不低,越重对行驶里程的影响也就越大。sK8EETC-电子工程专辑

A2B在ADI的官网介绍中提到至多轻75%[3]。虽然我们并不清楚其中技术细节,ADI王星炜介绍说:“A2B技术可以理解成把传统音响数字化以后,对线束的要求就会降低”,“由于它是数字化的音频总线,在传输数据的同时也会有一定的供电能力。另外相应软件开发也会更简单,因为它是数字化的总线。”A2B的收发器的确能够在一条非屏蔽双绞线上,分配音频与控制数据,而且有供电和时钟。这些针对线束成本,以及系统复杂性、整车重量都是有价值的。sK8EETC-电子工程专辑

而在主动降噪部分,消费市场上本身就有不少知名的主动降噪耳机采用ADI的DSP技术。座舱内的主动噪音消除,在原理上也是类似的,即由麦克风或者传感器采集噪音,控制器产生反向波形抵消。对汽车而言,包括了路噪、发动机噪音等。sK8EETC-电子工程专辑

下面这张图是应用ADI主动降噪技术的示意图,也应用到了前面提到的A2B总线。它“收集车内不同位置麦克风的噪音;此外汽车行驶过程中,有些低频噪音可能来自车体震动,所以主动降噪控制器会把车身四周的加速度、震动信息传到主动处理的控制器。”这里的“控制器”核心就是音频处理DSP。sK8EETC-电子工程专辑

除了传统的ADI在音频处理DSP方面双向传输速率,以及低传输延时方面的优势,车载级别的各类组建在应对复杂环境时,要求也会更高,所以在温度、震动、电磁环境方面也需要由考量,这应该是当基于DSP的降噪应用于汽车时,相较普通消费市场降噪应用的重要区别。sK8EETC-电子工程专辑

ADI设想的是在未来的座舱中,车内不同座位都可以形成独立的声音分区,不同位置听到的音频内容也都不一样,且互相之间没有太多干扰——这样的场景就非常需要音频处理DSP。“将来ADI音频处理的DSP芯片里也会加入传统强大的暗盒,在不一样的应用场景更好地处理相应的声音。”王星炜说。sK8EETC-电子工程专辑

当然智能座舱也不仅限于音频娱乐与主动降噪这样的技术,智能驾驶的一个重要组成部分实则就包括了座舱内人机交互的革新,如手势操作、对车内环境的主动感知,对于驾车者注意力、健康状态的监测等,用于辅助驾驶接管,如根据健康状况进行紧急呼叫等操作。这其中涉及到的技术,例如现在十分热门的ToF成像——比如ToF信号处理器、激光二极管驱动器,这也是ADI目前在着力的一个发展方向。sK8EETC-电子工程专辑

王星炜说,针对智能座舱的这些实现,ADI不仅做芯片解决方案,实则也提供相应的算法支持,加速技术在市场上的普及。sK8EETC-电子工程专辑

(2)在电气化的市场部分,前文已经提到电气化的过程,最基础的就是从基于内燃机的动力总成往电气化驱动系统发展,另外各种控制系统也会往电气化方向发展。前者在我们先前谈日本电产的马达产品就已经提到过[4],即发动机驱动系统会过渡到由电机驱动的系统。“现在整体新能源车在车底会有一个个新系统,也就是我们提到的电池管理和动力电池系统。”王星炜表示。sK8EETC-电子工程专辑


高压电池的直流电需要转为交流电,这就需要电机控制器去控制这个转换过程。这里的电机控制器“需要有电源,需要有通信收发器,通信收发器也要考虑相应的隔离技术,高压电池不做隔离会引发危险;直流电转成高压交流电,需要应用高压的功率器件,如IGBT、SiC MOSFET技术——碳化硅MOSFET有个问题,它需要高压大功率驱动信号,MCU信号是弱电,它没法给出那么高压的驱动力。”sK8EETC-电子工程专辑

“这里隔离的门驱芯片,我们叫gate driver & isolation芯片,也是ADI电气化中非常重要的技术。”“BMS(电池管理系统)芯片有隔离的通信芯片和驱动芯片,也有电机位置传感器芯片。”电机位置传感器方案也是ADI涉足的领域,“就是旋转变压器方案。也会有相应的电流传感、电压传感和供电方案,做这样一个高压电气化驱动架构。”sK8EETC-电子工程专辑

此外,汽车的电气化必然涉及到电池管理,这也是ADI涉足业务中比较重要的一部分。电池管理也是王星炜在直播中介绍的重点:“某个品牌电动汽车使用圆柱形的锂电池18650,总共有7000颗圆柱形电池。”“民用领域的锂电池和车用的不同就体现在,如果有7000颗这么多,电池管理就会很有挑战性。”sK8EETC-电子工程专辑

“除了圆柱型的电池外,还有另外两种,软包电芯以及方形电芯。”“每个电芯都需要做监控,多个电芯组成一个电池组也需要做监控。”“电池管理都是通过电芯的电压来管理,通过电芯电压知道有多少电量,这就需要准确地测量电芯的电压,转换成电量信息。”sK8EETC-电子工程专辑

“电池又会有不同的材料,不同材料有不同的放电曲线。比如磷酸铁铝的曲线就非常平。对非常平缓的曲线,每1mV对应的电池电量百分比就很关键。测量精度一旦有误差,测量出来的电量就会有很大的安全余量,电池可用的电量就变小了。”王星炜说,“用高精度的测量技术,就能使可用的电量最大化,也就有了更多的续航里程。”sK8EETC-电子工程专辑

ADI在电池管理系统的产品覆盖上,包含从最高800V到48V的弱混系统,据说是“行业最全的产品家族”用来覆盖各种使用场景。“电池管理中,400V的电池由接近96节或者100节的电芯在里面做串联。相应的ADI技术就可以提供12通道、15通道,或者18通道的产品去应对不同需求,并通过双绞隔离菊花链的架构去做相应的隔离通信。然后再把电芯的电压和温度信息给到电池管理的主控芯片。”sK8EETC-电子工程专辑

在BMS系统部分,还有一点值得一提的是不同的BMS通信架构支持,主要有有线与无线两种。有线BMS即每个电芯模板上都有一个采样板,采样板之间通过隔离的双绞线连接(isoSPI),形成环形有线拓扑;而在发展中的无线BMS,则在模块间不再借由有线通讯。sK8EETC-电子工程专辑

无线BMS,是在“电池生产的时候,与无线管理系统做绑定,有点像电池的身份证。它在生产时就跟着电池。”后续在电池仓储、运输、投入使用的整个生命周期,都可对其进行持续监控。通过这种无线身份证,就能了解电池电量衰减到何种程度,也就可以进行残值评估;甚至如果电池已经不再适合车用,则仍可进行二次利用,如数据中心的备用电源。这也是ADI在发展的一个方向。sK8EETC-电子工程专辑

(3)最后一部分就是自动驾驶相关了。ADI在这个类别中的主要部署也集中在传感器及配套解决方案上。王星炜主要介绍的包括成像雷达方案、LIDAR激光雷达,以及惯导MEMS方案。sK8EETC-电子工程专辑

这看起来是业界比较常规的思路。成像雷达是指多个毫米波雷达级联在一起,作为一个单元同步运行,特性通常是具备较高的角分辨率。“传统24GHz/77GHz双方案,原来分离式的方案,主流的芯片工艺是GaAs;现在的发展方向,通过SiGe技术来降低成本,增强集成度特性。SiGe也能更好地与传统硅工艺技术做整合,有更多的数字电路能够集成到这样的芯片上。”sK8EETC-电子工程专辑

“未来发展方向,77GHz或79GHz更高频率,会基于硅来做相应技术。用硅来做高频射频芯片会有更高的集成度。”王星炜表示,“ADI的雷达技术非常适合做成像雷达,不仅可以探测障碍物,还能区分多个障碍物间的距离。”sK8EETC-电子工程专辑

而在LIDAR激光雷达部分,在远距离上,如今常见固态扫描解决方案,所谓的固态即没有传统旋转部件,完全通过半导体方案制造不同的探测角度。这对于面对抵抗震动等环境的稳定性会更好。而在中短距离上,ADI也提供ToF摄像头技术。ToF在车内和车外如今都有相应的应用场景,大约在中短距离的确会成为越来越普遍的解决方案,似乎也会成为ADI的重点开发项目。sK8EETC-电子工程专辑

最后是ADI部署的惯导MEMS方案,这类方案应用于GPS信号不佳,比如隧道这种可能长时间没有GPS信号的场景,惯性导航此时作为补充用于描摹行驶轨迹。王星炜表示ADI惯性导航相关芯片基于民航飞行器中的经验,是从民航过渡到汽车应用方案,“和传统与手机消费市场到汽车应用的方案不同,可靠度和精度都会更高。”sK8EETC-电子工程专辑

以上就大略将ADI在汽车应用市场的产品布局做了陈述,也可理解ADI这类厂商在汽车市场上的参与度和扮演的角色,以及了解这一市场层级更具体的发展趋势。在德勤统计数据得到的几大市场规模增长最快的领域发力,在市场方向上实际上是比较主流的,覆盖的应用场景实际也正在面对越来越激烈的竞争。未来这几个应用方向,也会成为我们观察汽车市场的重点,并更深入地理解在具体实施方案上的技术差异。sK8EETC-电子工程专辑

参考来源

[1] 2019 ANNUAL REPORT – Analog Devices, Inc.sK8EETC-电子工程专辑

(https://www.analog.com/en/about-adi/landing-pages/001/~/media/analog/en/about-adi/corporate/2019-annual-report.pdf)sK8EETC-电子工程专辑

[2]FY2020 Q1 Quaterly Report – Analog Devices, Inc.sK8EETC-电子工程专辑

(https://investor.analog.com/static-files/ab93e945-8cab-4dfc-84dd-690c9ad17ad8)sK8EETC-电子工程专辑

[3] A better design experience. A more dynamic automotive experience. ADI's A2B® technology delivers both. - Analog Devices, Inc.sK8EETC-电子工程专辑

(https://www.analog.com/en/landing-pages/001/a2b.html)sK8EETC-电子工程专辑

[4] 马达帝国的一次转舵:从机械硬盘马达,向车载马达进发 – EE Times ChinasK8EETC-电子工程专辑

(https://www.eet-china.com/news/201911201624.html)