近年來，智能汽車市場(chǎng)整體爆發(fā)式增長(zhǎng)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，2020年全球電動(dòng)汽車出貨量為310萬輛，到2030年將達(dá)到3,300萬輛，接下來10年產(chǎn)生大于10倍的出貨增長(zhǎng)。

圖：對(duì)于電動(dòng)汽車的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)[1]

無線通訊產(chǎn)業(yè)在最近幾年同樣經(jīng)歷快速發(fā)展，尤其作為新基建的4G、5G通信系統(tǒng)，短短幾年在全球快速部署，幫助各行各業(yè)實(shí)現(xiàn)無線智能互聯(lián)，提高工作效率和成績(jī)。

由以上兩大行業(yè)作為市場(chǎng)和技術(shù)基礎(chǔ)，車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。

車聯(lián)網(wǎng)可以幫助汽車實(shí)現(xiàn)重要智能功能，根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)[2]，車聯(lián)網(wǎng)可以分階段實(shí)現(xiàn)以下功能：

第一階段：智能化、娛樂化。 包括：上網(wǎng)、聽歌、視頻等（現(xiàn)階段）；

第二階段：輔助駕駛。 可以理解為應(yīng)急剎車、輔助停車等；

第三階段：特定場(chǎng)景無人駕駛。 比如在貨場(chǎng)使用無人駕駛，或者有固定路線的無人駕駛?？紤]到安全因素，還未將無人駕駛技術(shù)在所有場(chǎng)景中全部實(shí)施；

第四階段：完全無人駕駛（最終目標(biāo)）。

在車聯(lián)網(wǎng)中，需要用到的最重要技術(shù)之一就是車載無線通訊技術(shù)。車用無線連接有哪些技術(shù)？車用射頻前端芯片有哪些特殊要求？帶著以上問題，本文對(duì)車用射頻前端芯片做一個(gè)討論。

01

汽車無線通訊方案

用于汽車無線連接的通信技術(shù)主要有蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線局域網(wǎng)技術(shù)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、V2X（車聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)。以下將對(duì)這幾種不同技術(shù)展開討論。

蜂窩網(wǎng)絡(luò)（Cellular）技術(shù)

蜂窩網(wǎng)絡(luò)又稱移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，由于構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)覆蓋的各通信基地臺(tái)的信號(hào)覆蓋呈六邊形，從而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)像一個(gè)蜂窩而得名。大家所熟悉的手機(jī)就是蜂窩網(wǎng)絡(luò)的典型終端設(shè)備。

從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和上層應(yīng)用來看，汽車蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和手機(jī)蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是完全一樣的，也包括了2G、3G、4G、5G網(wǎng)絡(luò)。采用蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接的汽車一般是采用蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模塊，將汽車與蜂窩基站相連。

出于成本和整體產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度的考慮，大多數(shù)中低端汽車會(huì)直接應(yīng)用普通消費(fèi)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)（射頻前端方案也套用消費(fèi)級(jí)器件）。

? 無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)

車載WLAN主要是作為連接熱點(diǎn)來應(yīng)用，和無線路由器及CPE功能一致。一般也包括2.4G和5G兩個(gè)頻段，同樣也包括IEEE 802.11b/g/a/n/ac/ax的應(yīng)用，或許將來也會(huì)有Wi-Fi 6E，Wi-Fi7和802.11ad的應(yīng)用。

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）

GNSS的全稱是Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的統(tǒng)稱，包含GPS、GLONASS、Galileo、Beidou等衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)也是一種無線通訊技術(shù)。

主要的GNSS技術(shù)及頻段劃分如下表所示，高精度的導(dǎo)航定位系統(tǒng)是車載系統(tǒng)尤其對(duì)于無人駕駛汽車是關(guān)鍵技術(shù)。

表：?GNSS系統(tǒng)及主要頻段劃分?

V2X車聯(lián)網(wǎng)

V2X是Vehicle To Everything的縮寫，是指汽車與外部的所有信息連接。如果說，蜂窩通信技術(shù)、無線局域網(wǎng)技術(shù)以及全球?qū)Ш叫l(wèi)星技術(shù)是汽車“借用”過來的無線通訊技術(shù)，那V2X就是專門為車聯(lián)網(wǎng)打造的通訊技術(shù)。

V2X是多種場(chǎng)景的統(tǒng)稱，包含比如V2I（Vehicle to infrastructure）、V2N（Vehicle to network）、V2V（Vehicle to vehicle）以及V2P（Vehicle to pedestrian）等。V2X概念最早于1970年被提出，目的是為了解決行車的安全問題，經(jīng)過幾十年發(fā)展，現(xiàn)在V2X有了更遠(yuǎn)大的目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)無人駕駛。進(jìn)入2020年后，各大市場(chǎng)都在評(píng)估或者部署相關(guān)系統(tǒng)。從5GAA（5G Automotive Association，5G汽車聯(lián)盟）給出的白皮書及各大市場(chǎng)的動(dòng)作來看，2020年代是V2X大發(fā)展時(shí)代[2]。

V2X主要有兩大技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：分別是IEEE所倡導(dǎo)的DSRC和3GPP所倡導(dǎo)的C-V2X。目前應(yīng)用中C-V2X有較大的技術(shù)和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，后面主要針對(duì)3GPP C-V2X系統(tǒng)做相關(guān)討論。

02

C-V2X及射頻前端方案

V2X及其兩大分支簡(jiǎn)介

從現(xiàn)階段行業(yè)分布來看，V2X主要有兩大技術(shù)方向，分別為DSRC及C-V2X，這兩大方向主要是由技術(shù)傳承及市場(chǎng)潛力來導(dǎo)向的。

DSRC以歐洲市場(chǎng)為主，該系統(tǒng)是將IEEE802.11作為技術(shù)基礎(chǔ)，可以理解為和Wi-Fi是一個(gè)系統(tǒng)；C-V2X以中國(guó)和美國(guó)市場(chǎng)為主，該系統(tǒng)是將3GPP及其演進(jìn)作為技術(shù)延申，可以理解為和LTE、NR是同一個(gè)系統(tǒng)，3GPP組織也在主導(dǎo)促成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

V2X的兩種系統(tǒng)簡(jiǎn)介：

DSRC

DSRC被定義為IEEE 802.11p，將IEEE 802.11作為技術(shù)基礎(chǔ)，和Wi-Fi（IEEE 802.11 b/g/a/n/ac/ax）同出一脈，主要市場(chǎng)在歐洲及其它一些小國(guó)家，美國(guó)已于2020年底從DSRC切換到C-V2X發(fā)展方向。 DSRC最初由通用、福特、豐田、本田等車企推動(dòng)，可支持車與車、車與路之間的直接通信，此后歐洲和日本等國(guó)家也都提出了各自的標(biāo)準(zhǔn)和專用頻段。

DSRC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可靠性高、傳輸實(shí)時(shí)性強(qiáng)，弱點(diǎn)在于通信距離優(yōu)勢(shì)不明顯且只能在V2V工作模式下有優(yōu)勢(shì)。因此，如果僅通過DSRC實(shí)現(xiàn)無人駕駛技術(shù)與車聯(lián)網(wǎng)通信，那么就需要針對(duì)路邊設(shè)施進(jìn)行大規(guī)模經(jīng)濟(jì)投入，而這將限制DSRC的商業(yè)化。

C-V2X

C-V2X是基于 3GPP體系并進(jìn)行延申，主要有中國(guó)、美國(guó)兩大市場(chǎng)。 C-V2X最初由大唐、華為等設(shè)備商推出，3GPP協(xié)議針對(duì)V2X的通信需求定義了兩種通信方式：集中式（Uu）與分布式（PC5）。

集中式也稱為蜂窩式（Cellular-based），需要基站作為控制中心，車輛與基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車輛與其他車輛（V2V）、車與人（V2P）之間需要通過將數(shù)據(jù)在基站上進(jìn)行中轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)通信；分布式也稱為直通式，無需基站作為支撐，讓終端之間實(shí)現(xiàn)V2X通信。 C-V2X可以將直通模式和蜂窩模式融為一體，相較于DSRC，具有顯著的性能優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)前景，且現(xiàn)在已經(jīng)演進(jìn)到5G（NR）階段。

C-V2X頻譜資源及市場(chǎng)分布

由于C-V2X技術(shù)及產(chǎn)業(yè)近幾年剛剛起步，很多國(guó)家和市場(chǎng)都處于中立態(tài)度去評(píng)估發(fā)展DSRC還是C-V2X，且頻譜劃分也沒有最終分配完成。

目前，3GPP 36系列（LTE）定義的C-V2X頻段只B47，B47主要是幾個(gè)大市場(chǎng)（中國(guó)、日本、美國(guó)等）分配的頻段，頻率范圍為5.855-5.925GHz。B46D雖然目前3GPP還未做定義，但是該頻段或許未來也會(huì)覆蓋全球大部分市場(chǎng)，B46D頻率范圍為5.725-5.825GHz；3GPP 38系列（NR）定義的C-V2X頻段為n38和n47，n38是用于特定業(yè)務(wù)，n47的頻率范圍和主要目標(biāo)市場(chǎng)同B47是一致的。

現(xiàn)階段，中美兩大市場(chǎng)都明確了發(fā)展方向?yàn)镃-V2X，具體頻譜資源暫定為：

USA：5.850-5.925GHz共30MHz頻譜資源，released in 2020 [3]

China：5.905-5.925GHz, released in Nov, 2018 [3]

Japan：5.850-5.925GHz [4]

注：Wi-Fi 6E的頻率范圍為：5.925-7.125GHz.

C-V2X期望發(fā)展路標(biāo)圖

結(jié)合如下圖C-V2X的Roadmap[2]，可以將C-V2X的設(shè)計(jì)規(guī)劃及商業(yè)應(yīng)用分為以下四個(gè)主要階段：

階段一：直到2020年，市場(chǎng)起步；

階段二：到2022年，輔助駕駛；

階段三：到2025年，無人駕駛階段1（特定場(chǎng)景）；

階段四：2025年以后，無人駕駛階段2（完全無人駕駛）。

圖： 5GAA發(fā)展路標(biāo)圖

C-V2X 終端平臺(tái)信息

4G C-V2X平臺(tái)

QCOM MDM9150 4G C-V2X platform, released in Sept, 2017, CS in 2H,2018；

Huawei Balong765 4.5G platform including C-V2X, released in Feb,2018；

Autotalks V2X platform；

5G C-V2X平臺(tái)

Huawei Balong5000 5G platform including C-V2X, released in Jan, 2019；

QCOM SA515M 5G platform including C-V2X, released in 2020；

MTK C-V2X platform, is not released yet.

V2X 典型射頻前端方案

下圖為一些現(xiàn)在已經(jīng)商用的V2X射頻前端方案：

SKYA21043（基于IEEE 802.11p）：支持DSRC系統(tǒng)，是Autotalks平臺(tái)的參考設(shè)計(jì)；

QPF1002Q（基于3GPP）：PA兩級(jí)增益，支持C-V2X系統(tǒng)，是QCOM 4G平臺(tái)MDM9150和5G平臺(tái)SA515M的參考設(shè)計(jì)。

圖：DSRC和C-V2X射頻前端方案

03

汽車電子及車規(guī)射頻前端芯片

汽車行業(yè)供應(yīng)鏈層級(jí) 汽車行業(yè)對(duì)上下游廠商的稱謂和消費(fèi)電子市場(chǎng)有一些差異，一般稱為： ?

圖：汽車行業(yè)供應(yīng)鏈層級(jí)

需要說明的是：由于現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)鏈的橫向和縱向的大量擴(kuò)展，很多廠商都同時(shí)擔(dān)任Tier1和Tier2的角色，如Gosuncn、Neoway等。和手機(jī)行業(yè)芯片供應(yīng)商直接對(duì)接OEM（vivo、OPPO、小米等）不同，在汽車行業(yè)射頻芯片供應(yīng)商一般很少接觸OEM，而是對(duì)接Tier1或者Tier2的通訊模組廠商。

車規(guī)芯片特點(diǎn)及要求

由于工作環(huán)境和汽車系統(tǒng)高安全性的應(yīng)用場(chǎng)景，車規(guī)級(jí)芯片需至少滿足以下要求：

高可靠性；

高安全性；

零故障率；

高量產(chǎn)一致性；

長(zhǎng)供貨期（預(yù)期5~7年，甚至10年以上）；

長(zhǎng)使用壽命（約15年）。

車規(guī)芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)

由于車規(guī)芯片的特殊應(yīng)用要求，車規(guī)芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、及可靠性認(rèn)證都需要參考特定標(biāo)準(zhǔn)。車規(guī)芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的主要規(guī)范如下表：

表：車規(guī)芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)范

有關(guān)AEC-Q認(rèn)證

AEC-Q 系列認(rèn)證是公認(rèn)的車規(guī)元器件通用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)?？巳R斯勒、福特和通用汽車為建立一套通用的零件資質(zhì)及質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)立了汽車電子協(xié)會(huì)（AEC）。AEC-Q 系列認(rèn)證雖然不是強(qiáng)制性的認(rèn)證制度，但目前已成為整個(gè)汽車電子行業(yè)公認(rèn)的車規(guī)器件通用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。芯片企業(yè)需以產(chǎn)品分類選擇對(duì)應(yīng)的AEC-Q標(biāo)準(zhǔn)：

AEC-Q100：IC芯片，包含無線通訊平臺(tái)芯片組（AP/Modem/XCVR/PMIC …），射頻前端器件（PA/LNA/Switch…）等有源器件；

AEC-Q101：半導(dǎo)體分立器件，最常見就是二極管/MOS管等；

AEC-Q102：光電器件，如LED。和射頻前端產(chǎn)品關(guān)系不大；

AEC-Q103：傳感器，如測(cè)試胎壓。和射頻前端產(chǎn)品關(guān)系不大；

AEC-Q104：MCM，和射頻前端產(chǎn)品關(guān)系密切，如PAMiD/PAMiF/L-FEM等；

AEC-Q200：無源（passive，被動(dòng)）器件，例如Filter/DPX/QPX等。

具體的操作指南文檔：

AEC-Q001 Guidelines for Part Average Testing

AEC-Q002 Guidelines for Statistical Yield Analysis

AEC-Q003 Guidelines for Characterizing the Electrical Performance

AEC-Q004 Zero Defects Guideline (DRAFT)

AEC-Q005 Pb-Free Requirements

SAE J1752/3 Integrated Circuits Radiated Emissions MeasurementProcedure

?AEC-Q100認(rèn)證?

AEC-Q100文檔定義了AEC-Q100認(rèn)證涵蓋的內(nèi)容是IC芯片。對(duì)于無線通訊及射頻前端行業(yè)來說，包含無線通訊平臺(tái)芯片組（AP/Modem/XCVR/PMIC …），PA/LNA/Switch等有源器件。

AEC-Q100文檔的最新版本：AEC-Q100 Ver. H 版本，release date：Sept 11, 2014。

AEC-Q100文檔H版本相較于G版本，重新定義了溫度范圍，包括以下四組。所有測(cè)試都是基于器件廠商提供的溫度范圍（From Datasheet）來進(jìn)行測(cè)試的。一般車規(guī)通訊模組的要求是Grade3，要求高的需要支持到Grade2。根據(jù)溝通及了解，這幾個(gè)溫度范圍主要適用于以下場(chǎng)景，如下表。

表：AEC-Q100文檔規(guī)定的溫度范圍

?AEC-Q100 認(rèn)證流程? ?

AEC-Q100認(rèn)證包括A、B、C、D、E、F、G七大類，40多項(xiàng)測(cè)試，具體參考下圖。除了G組關(guān)系不大之外，其余六類都和射頻前端器件強(qiáng)相關(guān)。

由于篇幅有限，截取具有代表性的下圖做以說明，其中基本射頻指標(biāo)是射頻前端器件的基礎(chǔ)，劃分到E組電氣特性中。G組是特殊封裝完整性測(cè)試，和射頻前端器件關(guān)系不大。詳細(xì)信息可以直接閱覽AEC-Q100原文。

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圖：AEC-Q100 認(rèn)證流程

車規(guī)電子和消費(fèi)電子的差異

車規(guī)電子和消費(fèi)電子的差異如下：

車規(guī)器件特點(diǎn)：

最高優(yōu)先級(jí)的要求：可靠性，穩(wěn)定性，使用壽命，工作溫度。這幾項(xiàng)為重要要求，同時(shí)也是AEC-Q的主要約束；

次高優(yōu)先級(jí)的要求：靜電防護(hù)，冷熱沖擊，振動(dòng)沖擊。

?消費(fèi)器件特點(diǎn)：

最高優(yōu)先級(jí)的要求：價(jià)格，供應(yīng)，性能；

次高優(yōu)先級(jí)的要求：功耗，兼容性，使用壽命，迭代能力，可靠性、穩(wěn)定性等。 ?

一般在消費(fèi)類電子應(yīng)用中，尤其中低端產(chǎn)品，一切以成本優(yōu)先，這與車規(guī)芯片有大的不同。在有些車載設(shè)備中，比如車載OBD等后裝組件，應(yīng)用場(chǎng)景和售后處理都類似于消費(fèi)電子，廠家在售后處理中承擔(dān)的成本和風(fēng)險(xiǎn)都是可控的，所以很多時(shí)候會(huì)采用消費(fèi)級(jí)芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。

Tier1和Tier2所關(guān)心的問題

對(duì)于前裝車載無線通訊產(chǎn)品，通常車輛拆裝人工成本比較高，所以產(chǎn)業(yè)鏈都在避免因?yàn)榭煽啃詥栴}等導(dǎo)致客退及維修。對(duì)這類問題的關(guān)注及敏感導(dǎo)致汽車行業(yè)Tier1/2在器件選擇時(shí)非常謹(jǐn)慎，尤其對(duì)于射頻前端器件。在應(yīng)用中，一般每一顆器件發(fā)生失效情況都要給出理由充分的根本原因及解決方案。

在車規(guī)射頻前端芯片應(yīng)用中，Tier1和Tier2重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)如下：

功能及規(guī)格：需要縱向（應(yīng)用場(chǎng)景：2G/3G/4G/5G，C-V2X，DSRC，WLAN等）與橫向（實(shí)現(xiàn)方案：MMPA，TXM，PAMiD，L-FEM，PAMiF等）結(jié)合去考慮基本功能和規(guī)格，其中包括射頻性能；尺寸大?。还ぷ鳒囟确秶?；

高可靠性：工作溫度 Grade2 : -40C ~ +105℃，Grade3 : -40C ~ +85℃，PPM/MTBF/FIT等要求，以及EMC/ESD/環(huán)境耐受要求；

質(zhì)量認(rèn)證：AEC-Qxxx（注重結(jié)果），IATF 16949 （注重整個(gè)過程，來源于ISO9001）；

使用壽命/質(zhì)保周期：Tier1、Tier2和OEM車廠都希望保證這個(gè)時(shí)間（~15年）；

供貨周期：5~7年，有些甚至達(dá)到10~15年；

服務(wù)支持：提供技術(shù)支持及客退分析支持；

車規(guī)射頻前端器件的供應(yīng)鏈保證：Wafer，基板及輔助材料，封測(cè)廠等。

射頻前端芯片供應(yīng)商所做的保障

為了滿足車規(guī)使用，射頻前端芯片需要做到性能、可靠性等方面的保障，主要有：

性能保障： 完全按照3GPP要求射頻性能及可靠性，溫度范圍為 Grade2 : -40C to +105C ，Grade3 : -40C to +85C。 車規(guī)射頻前端器件的應(yīng)用和消費(fèi)類射頻前端器件的應(yīng)用基本是一致的，這方面射頻前端芯片可以做到良好保障。對(duì)于中高端車型來說，數(shù)據(jù)吞吐率和普通數(shù)據(jù)類設(shè)備（MBB產(chǎn)品）要求是一致的，需要較高上下行吞吐率，速率要求要高于中高端手機(jī)。

可靠性保障： ?0PPM是最終目標(biāo)。任何客退的發(fā)生都會(huì)增加很多成本，尤其前裝車載無線產(chǎn)品。如果發(fā)生客退情況，哪怕小概率（即使是1PPM），車廠都會(huì)追責(zé)到底且需要給出合理理由的分析過程及合理的整改措施。在這個(gè)過程中包括OEM、Tier1、Tier2，芯片供應(yīng)商都要投入巨大的人力資源和物力資源。由于汽車系統(tǒng)復(fù)雜，分析失效根因難度大。所以0PPM是最終目標(biāo)。

車規(guī)級(jí)品質(zhì)保障： 理論上消費(fèi)類射頻器件不能直接使用到車規(guī)終端產(chǎn)品上，車載產(chǎn)品需要滿足AEC-Q100等車規(guī)級(jí)認(rèn)證。

不過，除海外部分高端車廠外，現(xiàn)在車廠對(duì)用于車載通訊模塊中的芯片并沒有AEC-Q100強(qiáng)制要求，但通訊模塊會(huì)做系列可靠性實(shí)驗(yàn)。這在一定程度上降低了對(duì)芯片的要求。

04

文章結(jié)語

“一切設(shè)備都將走向移動(dòng)和互聯(lián)”，汽車作為最為常見的“移動(dòng)”設(shè)備，未來一定會(huì)走向智能互聯(lián)。車聯(lián)網(wǎng)，未來可期。

射頻前端芯片技術(shù)將為汽車提供無線通訊技術(shù)，保障汽車的智慧連接。不過由于汽車需求的特殊性，射頻前端芯片必須要經(jīng)過特殊的設(shè)計(jì)、嚴(yán)苛的驗(yàn)證，才能達(dá)到車規(guī)級(jí)要求。

審核編輯：劉清