概述
电子零件对汽车工业的发展日趋重要，尤其在低成本且可靠的电子系统，以及传感器和致动器等次系统的需求日增之际，这些系统和次系统必须相互沟通而非独立运作。汽车电子传统上是由小型离散组件构成，它们通常依赖专属和专用的有线通信机制，并透过线路直接提供电源输出给致动器，许多传感器系统即采用这种方法。但这种方式需要很大的电路板面积、庞大的引擎控制单元 (ECU) 机身，以及数量众多的连接线路。而连接线路会带来许多问题，因为它会占用空间、增加重量和提高成本，并且很容易耦合汽车电磁噪声，维护也相当困难。
所幸，汽车网络标准及混合信号半导体制程的进步不但逐渐解决这些问题，还能协助将智能型系统分散到车内各处。另外，控制局域网络 (CAN，Controller Area Network) 和目前已发展到2.0版的区域互连网络 (LIN，Local Interconnect Network) 都已被广泛采用，这些都是汽车网络标准化的重要趋势。这些网络标准让各种汽车电子系统在效能与成本之间取得最佳平衡。CAN网络提供汽车底盘、传动系统和车身背板通信所需的高速网络，LIN网络则能透过标准化降低成本和提高可靠性，进而满足传感器和致动器次系统对于简单网络的需求。就在CAN网络获得广泛应用和LIN网络出现的同时，混合信号半导体制程技术也不断进步，它能将小型汽车电子系统所需的全部功能整合到一颗或数颗芯片，协助厂商发展出更先进的系统。汽车网络标准和先进混合信号制程带给汽车制造商一个发展新型低成本汽车电子系统和降低现有系统成本的机会。它们还能让系统更容易维护也更可靠，同时提供乘客舒适与安全的保障。
汽车网络
CAN网络标准不但已相当成熟，还在经过修改后成为系统与引擎控制单元之间的实质通信标准。CAN网络是一种两线式高速差动总线，额定数据速率高达1Mbps，但通常只用于125～500kbps之间。CAN网络采用特别设计的差动驱动器，它能提供正差动电压或做为高阻抗连接至总线。系统可利用这种实体层特性提供CAN协议所定义的CSMA/CD+CR无损失仲裁功能。在这种架构下，任何节点都能在前面的信息送出后存取总线；若有两个节点试图同时传送信息，则信息优先权较高的节点会取得总线使用权，并继续传送信息，不需重新开始传送过程，也不会丧失已传送的数据。引擎控制单元的CAN网络通常包含一个内建CAN协议控制器的微处理器 (微控制器或是DSP)，另外还有一个CAN收发器和其它支持电路。可惜这类系统多半过于复杂，无法整合到一个单石组件。但随着混合信号制程及整合能力的进步，许多以IC和混合信号ASIC为基础的系统已能采用一个微控制器和一个混合信号组件组成的双芯片解决方案，或至少降低引擎控制单元所需的组件数目。
LIN网络最初是以车身电子为目标，但随后也用在其它许多地方。在现有的汽车电子总线标准中，LIN是最能满足单一系统内多数传感器与致动器通信需求的解决方案。这些传感器与致动器可视为车身电子的次系统，因为LIN网络本来就是做为汽车的次网络，所以很适合由LIN网络提供支持。LIN网络的最大额定数据速率为20kbps，这已能满足多数传感器和致动器的要求。LIN是一种时间触发型主从网络，故不需为多个同时提出要求的装置进行仲裁，此外，LIN也是一种单线式网络，这能减少接线和束线的使用，协助节省重量、空间和成本。
LIN标准是区域互连网络联盟 (LIN Consortium) 针对低成本的汽车次网络应用所制定，很适合利用现今混合信号半导体制程的整合能力。LIN是一种相当简单的网络协议，不但能透过异步序列界面 (UART/SCI) 操作，仆节点还能自我同步和使用芯片内含的RC振荡器，不需要石英晶体或陶瓷谐振器，如此能大幅降低成本。由于LIN网络所需的半导体组件成本并不高，所以特别适合汽车电子次系统输出组件和信号调节组件常用的混合信号制程技术。LIN主节点通常是LIN次网络到CAN网络的桥接节点，而且每辆汽车常有数个LIN次网络，此外LIN主节点较复杂和功能较强，而LIN仆节点通常则较为简单，因此能整合到单芯片次系统。
LIN和CAN已经取代许多现有的通信架构，像是早期的网络机制、脉冲宽度调变 (PWM) 和可变脉冲宽度 (VPW) 架构，它们所用的实体层设计各有不同。多数非网络机制都没有方向性，而且每个信号至少需要一条专属联机。因此，这些架构只能提供有限或完全无法提供双向通信和诊断能力。另外，由于它们多为专属解决方案，所以无法具备开放标准所带来的经济规模和设计重复使用等优点。
先进混合信号制程
CAN和LIN标准的广泛应用是汽车电子的一项重要发展，而且它正随着混合信号制程技术的进步而更为重要。今天，有些半导体厂商已能同时掌握高速CMOS数字制程和先进混合信号/模拟制程知识，并利用它们提供几年前所无法想象的系统整合度。汽车电子应用可使用许多先进的混合信号制程，例如线性Bi-CMOS (LBC或BCD)、高电压CMOS和绝缘层上覆硅 (SoI)。许多这些制程都能将全部汽车电子功能整合到一个单石系统单芯片或几个组件，包括实体层界面、电源、高压电路、数字逻辑、内存和精准模拟功能。
如果系统需要芯片内建智能功能，先进混合信号制程也能整合相当程度的数字逻辑、硬件数字处理、网络协议引擎和多个小型微处理器。举例来说，混合信号设计可能包含状态机器和协议引擎等逻辑功能，它们可以透过LIN响应标准网络命令，以便控制传感器或致动器并报告它们的状态。这种系统单芯片整合对于触控式 (one-touch) 电动车窗等应用非常有用，因为它需要执行算法监控车窗以免夹到手指、报告系统内的问题，以及提供技师所需的诊断功能。如果某些复杂应用需要较高的通信速度，它们也可在这种整合LIN通信功能的半导体制程协助下，把CAN功能整合到混合信号组件。
汽车电子次系统范例
要了解以LIN标准为基础的电子次系统，德州仪器 (TI) 以其LBC制程发展的LIN-2.0收发器和目录型 (标准型) 稳压器TPIC1021就是最好的例子。这颗组件可做为起点，让设计人员继续利用LBC制程整合其它零件，进而发展出低成本、强大可靠、可以连接汽车电路和LIN网络、并且提供所有必要功能的系统单芯片。典型的系统单芯片功能包括系统所需的车用稳压器、一个网络收发器、感应器输入模拟滤波功能、电源输出、一个模拟数字转换器 (ADC)、数字滤波与控制、以及一个网络协议控制器。图1就是以LBC制程为基础的完全整合感应器次系统范例。这款组件提供高阶整合及电路保护功能，特别适合空间及成本有限的严峻汽车电子应用环境。
图2是利用LBC制程发展的系统基础芯片 (System Base Chip) 范例；相较于先前的致动器次系统，它能减少所需的半导体组件数目，同时提供更多功能。如图1所示，这类次系统能在LIN次网络上与传感器次系统共存及合作。这个系统基础芯片整合了一个汽车电池稳压器、一个电压监督及重设电路、高电压使用者开关界面、上端驱动器、两个用来驱动马达或高电流负载继电器的下端驱动器、控制回路的回授运算放大器、保护电路和LIN 2.0兼容收发器。这个组件可以直接连到系统的微控制器，该微控制器负责提供电动车窗防夹功能等控制算法，以及这个次系统的LIN协议处理功能。
这个混合信号制程技术还能协助其它应用，把这两个组件的功能方块以及其它功能整合在一起，包括单电压和多电压的线性和交换式稳压器、不同的上端与下端驱动架构、各种运算放大器、数字逻辑、以及LIN和CAN等汽车网络界面。可能的电源输出模块包括H桥架构的智能型单相直流电刷马达驱动器，以及三相直流电刷马达和继电器的驱动器。许多汽车电子系统都有使用这些组件，包括汽车底盘、传动系统、电动座椅和后照镜、车门锁、挡风玻璃雨刷和除雾器、电动车窗和天线、空调以及提供使用者各种舒适与安全的电子系统。
汽车电子系统优点
采用标准汽车网络架构和更高整合的混合信号组件会带来许多系统层级优点。
首先是系统能更为强固可靠，同时也更容易诊断，因为利用标准网络提供双向通信功能后，系统即可在发生问题时取得诊断和故障信息。另外，把专属界面移走后，系统与软件的开发就能采用以可靠和已知标准为基础的常见通信机制，未来也更容易重复使用这些系统与软件。
第二个优点是减少所需联机。使用标准汽车网络架构后，就能发展出只需３条线 (LIN：电池、地线和LIN) 或４条线 (CAN：电池、地线和CANH和CANL)，并且提供丰富功能和诊断能力的系统。减少联机需求就能降低成本、减轻重量、简化工厂安装和减少可能故障来源。
功能整合还提供许多其它优点，例如电路板和机身空间能更小，使得这些电子系统更容易放在车内不同位置，线路安排的顾虑也更少。另外，由于使用零件的数量减少，需要库存、认证和监控的组件也更少。在这些优点中，有些还能减少重量和使用空间，这些都是汽车设计的重要考虑因素。
这些进展使得汽车电子系统的智能与功能能更为强大。下一代混合信号汽车电子组件会整合更高的效能及处理能力，它们将提供可程序能力和更大的弹性，用以满足未来的汽车电子系统需求。随着这些系统发展得更先进，只要最终客户愿意支付购买，汽车电子设计人员就能把他们所能想到的任何应用转化为实际产品。
