5G正式啟用，宣告了產業期待許久的「低延遲」與「大連結」時代即將來臨。而對汽車產業來說，也意味著車聯網正逐漸朝向它的完成式前進，未來所有的車輛都將配備著先進的無線網路技術，以及豐富的運算與感測功能，汽車的電子化將在5G的推動下，前進一大步。

而在5G與電子化的帶動下，電動車也將加速它的發展，一方面迎合全球對於節能減碳的需求，另一方面也為更全面且深入的整合電子化的設計。

對此，2021年CTIMES汽車電子技術與應用研討會，特別針對5G車聯網通訊系統、電動車車電系統、車輛安全與環境感測技術，三大面向進行探討，解析在5G時代汽車電子的最新技術趨勢與應用發展。

安馳ADI：電動車電控系統、電池管理系統與Energy Meter

隨著全球新冠疫情的逐漸趨緩，各國也慢慢的解除限制，準備重啟經濟。而全球汽車市場也隨之重回成長的勢頭，其中電動車更扮演著成長的主要驅力，將會是汽車市場的領頭羊。因此，與電動車相關的各種電控與電池元件需求，也跟著水漲船高。

安馳科技產品市場部副理蔡勝偉表示，高電壓電池的應用需求在未來幾年內將會蓬勃發展，首先就是EV的趨勢，包含油電車、電動車、電動巴士和電動機車等。第二就是可攜式的裝置，包含工業用、醫療，以及通訊裝置等。第三個就是再生能源與節能系統（ESS）。

圖一 : 安馳科技產品市場部副理蔡勝偉

BMS的技術發展也可以從EV的里程數看出，像是在2017年就達到了177里程數，是2014年的兩倍以上，而到了2019年，則又進一步成長至220。蔡勝偉指出，除了電池容量密度的提升外，良好的BMS晶片也是關鍵所在，只要晶片能夠針對電池進行精準的量測並縮小誤差值，車廠就不需要增加額外的電池容量。

針對EV的電池應用，ADI所扮演的角色，主要就是針對電池芯的監控，去量測電池的電壓與溫度，以及針對產品的電池系統判斷是不是需要電流的平衡；再來就是針對整體Pack的電壓、溫度等狀況進行偵測；第三則是通訊，必須要有良好的介面，來確保訊號不被雜訊干擾；第四點就是先進的軟體功能，來控制元件上每一個電路上的訊號。

蔡勝偉強調，要有良好的電池管理系統，就必須針對每一個電池的使用進行監控。而良好的BMS系統除了能提高安全性之外，也能提高電池本身的使用壽命和可靠度，因此採用更高精準度、更高可靠度、和更高傳輸率的BMS晶片，同時這些晶片也要具備有安全性的要求。

BMS晶片要看參考電壓值 ADI有業界最低錯誤率

圖二 : ADI的BMS晶片產品線路圖。

而在挑選BMS晶片時有幾個要點、幾個參數特別需要留心。蔡勝偉指出，首先就是內部的參考電壓值，而ADI的方案擁有業界最低的錯誤率，也無須PCB組裝後的校正，以及最佳的長期使用的電流飄移與溫度範圍，能帶來非常高的量測精準度。

第二個使用的要點則是內部的ADC，目前ADI的方案是採用16-bit sigma-delta 的ADC，並使用可程式化的過取樣（oversample）比例，來對雜訊進行過濾。此外，這個架構也可以把RF的雜訊進一步降低，尤其是電動車是屬於高雜訊的使用環境。

第三個重點則是針對電動車上的干擾源的問題，而ADI的方案是採用隔離的SPI介面的設計，只要使用雙絞繞的方式就可以傳輸比如cell的電壓等資料，而傳輸率可以達到1MB。另外也通過了200 mA BCI的測試，符合高車用元件的法規。

而它接線的方式有兩種，一種是常見的模組化方式，把isolator和處理器與其它的IC放在一組板子上，但如果組數越多，需要的元件數也會增加。另一種則是使用ADI的isoSPI直接串接的方式，則可以大幅減少元件的使用數，但也會有傳輸速度稍慢的缺點。

至於ADI在BMS應用的產品規劃上，在2018年推出了第四代的產品，也就是LTC6810系列，它是依據不同的Cell數量有相對應的產品，例如LTC6813就是針對73V的電動車所設計的。

現在則是發展到第五代的產品，可以支援低成本的系統設計和ASIL的應用，所以在命名上也有了新的識別，就是ADBMS6810系列。有關儲能和資料中心應用的領域，則推出了ADBMS1818，它的核心架構是採用第四代，但效能有所提升。

第五代ADBMS6815它可以支援12個電池cell，整體的長期量測誤差範圍在

1.5 mV以內。此外，它的isoSPI也提高了，可支援至2 Mb的序列通訊，同時也能對應可「Reversible isoSPI」。而在車規認證方面，此晶片也通過ISO 26262　ASIL D和AEC-Q100的車輛安全規範。另，內部的被動的平衡也達到每通到300 mA。

另外針對ESS應用，ADI也推出ADBMS1818，是跟EV與充電樁都有密切的關係，並且依據市場的需求，有低成本的版本。蔡勝偉表示，此晶片的整體量測誤差，在-40°C到85°C間，可達到低於3mV 的水準，整體的delta sigma還是維持在16-Bit。睡眠模式的消耗電源為6μA。

那什麼是「Reversible isoSPI」？蔡勝偉解釋，它的功能就是能提供另一個通訊埠來監控處理器的訊號，而且能從每一個埠接受訊號。相較於一般單向的電路設計，傳輸只能是固定走在每一條電路上，但「Reversible isoSPI」就可以多利用另一道電路來進行傳輸，增加系統的彈性與效率。

再者，若是在整個電路系統中有部分連線出現中斷，「Reversible isoSPI」也可以從另一道繞過進行通訊，進一步增加系統的可靠度與安全性。

而因應這個設計，ADI也推出下一代的控制晶片，也就是採用「Dual」的架構，把兩個Die包成一顆，因此只需要一顆IC，就能接收High-side與Low-side的接口。另外，針對新一代的法規要求，新一代的晶片也提供從通訊埠喚醒CPU的功能。

這樣的設計架構能帶來哪些優勢？蔡勝偉指出，透過這個透價可以簡化設計，進而減少BOM-Cost，同時也提高資料的傳輸率。

Littlefuse：電動車的功率控制與電路保護方案

Littlefuse成立於1927年，已有九十多年的歷史，更是世界首個發明快速運作（fast-acting）保險絲的公司。過去主要以保險絲的技術開發為主，但近期的幾十年間則擴大至感測器等其他領域，目前已是全球產品最完整的電路保護方案業者。

圖三 : 資深技術行銷工程師游恭豪

資深技術行銷工程師游恭豪表示，近二十年間，Littlefuse多次透過併購的方式，來擴大自身的產品線，包含感測器等。而最近的十年，則是專注在汽車的應用方面，是主要的成長領域。目前Littlefuse已經不是單一領域的業者，而是一家橫跨電子、交通運輸、以及工業控制的全方位業者。

旗下的五大產品軸包含：電路保護、功率半導體、切換器與控制晶片、感測器、以及交通運輸解決方案。

隨著全球持續成長的智慧車與電動車（EV）趨勢，所需控制器與相關的電力IC也會越來越多。游恭豪指出，目前一輛汽車約會使用100個電子控制單元（ECU），其中有90%的ECU會從傳統的汽油車中直接導入至電動車，只有很少部分專用於馬達和變速箱的ECU會專門設計給電動車。

因此，未來包含電動車在內的絕大多數汽車，都會使用先進電子系統，包含汽車影音娛樂資訊系統、導航系統、多功能感測鏡頭、設計需求、以及車載資訊系統等。另外，則是自動駕駛系統。而相關零組件業者可切入的部分，除了在充電樁與電池系統之外，還有通訊埠、娛樂系統和自駕的領域。

油車與電動車都需要電路保護 留心突波、ESD與過流

所以無論是汽油車還是電動車，都是需要電路保護系統，並以12V的設計為主。而主要面臨的挑戰有突波（Surge）、各個端口的ESD、以及12V或24V過流（Overcurrent）的問題。

在汽油車的12V突波保護部分，其電力主要是從發電機所產生，並提供給電池與其它的模組來使用。然而發電機本身並不是一個穩定的電力來源，會跟汽車引擎的轉速有關連，電壓也會忽高忽低，因此ISO 7637-2就定義了五種不同的波型，包含電阻性與電感性的電流脈衝有所描述。

而其中最常見的就是第五種脈衝負載傾卸(load dump)，而它是模擬車上一個最大的負載，也就是當電池鬆脫時，對整個電網上所產生的瞬間電壓升高，一般在12V的系統中會出現大概101V的高壓突波，且時間長達400毫秒，因此各部件都要有防突波的設計。

游恭豪表示，因應此一情況，最好的方法就是參照國際的法規，目前有兩個規範，一個是ISO 7637-2和ISO 16750，其中前者是舊版，後者是新版，最大的差異是新版需要10個脈衝，同時也對系統的壓力更高。

而對面此一挑戰，就是用TVS二極體元件來處理，透過Clamp的動作，可把突波大幅縮減至約30V，相對的也大幅降低電路系統的風險，提高運行的可靠度。游恭豪強調，Littlefuse的TVS二極體元件全系列都通過AEC-Q101的車規認證，且具備各種封裝尺寸，而防雷瓦數從400W到7000W，能滿足各式車輛的使用需求。

圖四 : Littlefuse五大產品軸包含：電路保護、功率半導體、切換器與控制晶片、感測器、以及交通運輸解決方案。

至於ESD方面，它是無論汽車或者消費性電子系統都會碰到的議題，主要的因應法規就是IEC 61000-4-2，但汽車領域則另有ISO 10605的規範。這兩個法規在設備上的規定是一樣的，但在測試電壓設定卻是有很大的不同。在IEC 61000上，電壓是可以自選的，常見的就是15KV或是8KV，但在汽車領域則是固定為25KV和15KV。

在I/O方面，汽車領域的兩大通訊主軸就是LIN Bus與CAN Bus，是車用最基本的兩大協議，也是Littlefuse主要的產品線系列。游恭豪表示，因為尺寸的需求，車用的客戶多會選擇AQ24這個系列，而其24代表的也是24V的意思，目的是對應12V的電路設計時，能有更高的保護性能。

針對天線埠的部分，Littlefuse除了具備半導體材料的元件外，也提供了聚合物製程的ESD保護器解決方案，能夠帶來更佳抗高頻干擾的性能。

ADAS與自駕車帶來通訊埠與感測器電路保護需求

另外值得注意的是，車用乙太網路（Ethernet）的部分，目前它是汽車領域重要的通訊協定，像是ADAS應用，多會使用到這個通訊埠，特別是自駕車系統，會連接很多的感測器，更對此有很高的使用需求，所仰賴的就是其高頻寬、２低延遲的特點。而Littlefuse在此領域也提供了一系列符合車規的ESD保護方案，滿足用戶的需要。

在過流（Overcurrent）的部分，則是Littlefuse的傳統強項，它能避免汽車的電子元件因為泡水或者老化的因素，所造成的短路和過流的風險，而客戶可以依據自身的產品策略，選擇一次性的保險絲或者可恢復的保險絲。

以汽車常見的15W（3A/5V）的USB-C插孔為例，若使用者沒有拔除連接線，讓線頭誤觸了點菸器的插孔，就有可能引發短路的風險，此時就可依照客戶的產品策略，選擇一次性或可恢復式的保險絲來因應。

另外，隨著ADAS和自駕車的趨勢，越來越多的感測器被用在汽車之內，而這些感測器也需要被保護，因為感測器通常連接到ECU，若沒有對這些元件進行保護，也會增加ECU故障的風險。

是德科技與工研院 剖析C-V2X驗證與全球EV趨勢

是德：洞察C-V2X車聯網部屬與設計驗證挑戰

V2X就是「Vehicle-to-Everything」，是讓汽車與所有物件連結的技術，它是讓汽車可以連上網路，進行數據的傳輸。也是讓汽車與汽車之間、汽車與道路基礎建設之間、汽車與行人的智慧裝置間溝通的關鍵。

是德科技技術專案經理吳建樺表示，目前汽車的感測常採用多鏡頭的組合，再搭配光達或雷達等，但這類型的技術較偏「直線式」的感測，容易有死角。而V2X則為非直線式，可以擁有360度全視角的感測，同時可以透過資料的分享，來達成前方路況的預判，更加安全。

圖五 : 是德科技技術專案經理吳建樺

而C-V2X以手機相同的4G LTE和5G連結方式，可分為兩個形式。一種為以網連結模式，也就是V2N，或者稱為Managed Mode和Mode 3，採Uu介面，好處是範圍較廣、不易受干擾。

第二種V2V、V2P和V2I的連接，而目前使用的波段為ITS bands，也就是5.9 GHz。通常稱為Side Link和Direct Link，或者是Mode 4和Unmanaged Mode。它的特色就是不是用基地台統一管理的，使用的介面為PC5，連結的範圍較窄。

C-V2X在設計和驗證上所會遭遇的挑戰，吳建樺表示，首先是安全性上的要求特別高；第二，則是各國與區域間的測試標準的差異；第三是互操作（interoperability）性的問題；第四是干擾的問題；第五為GPS的精確是；第六是網路安全性的議題。

工研院：全球電動車市場趨勢與關鍵技術

針對「全球電動車市場趨勢與關鍵技術」，工研院產科國際所副組長石育賢表示，各國正在全力發展電動車市場，並將帶動相關的供應鏈邁入快速成長期。

圖六 : 工研院產科國際所副組長石育賢

她指出，自2021年起，ADAS、線上更新、觸控面板和人工智慧，將會逐漸成為每輛出廠新車的標配；同時電動化與智慧化車輛科技也會加速發展。而隨著疫情趨緩，車市也將復甦，預計今年的年銷售總數將達到8350萬台，其中插電的混合動力車與純電動車，預計將佔340萬台，年成長率為40%。

受惠於車輛電動化與智慧化的成長趨勢，汽車相關的半導體供應鏈也將水仗船高，而台灣的晶圓代工將會是最主要的受益者。

石育賢表示，2021年車用半導體市場預估將達499億美元。其中包含車用處理器、微控制器、感測器、功率元件、電源管理與控制IC、以及影音娛樂IC。

至於車用半導體與感測器的趨勢市場，仍會以歐、中、美為主，類別則以動力系統、車身電子與底盤電子、安全等四大類為主。另外，車聯網的服務也將會逐漸成形，預計至2025年，汽車連網服務的市場規模將達到234.8億美元。