Maxim Integrated：為智能座艙加點(diǎn)“料”！

汽車(chē)的智能化，也在有力拉動(dòng)智能座艙市場(chǎng)。偉世通的研究數(shù)據(jù)顯示，2018年全球智能座艙主要產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模約為329億美元，預(yù)計(jì)到2022年將達(dá)到461億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率約為8.8%。究其原因，汽車(chē)再“智能”，也是要為坐在車(chē)?yán)锏鸟{乘用戶服務(wù)的，而智能駕艙正是連接汽車(chē)和座艙用戶的“界面”，它的用戶體驗(yàn)越好，消費(fèi)者掏錢(qián)買(mǎi)車(chē)才會(huì)越痛快。

因此，近年來(lái)在智能座艙相關(guān)的功能中，人們對(duì)于汽車(chē)人機(jī)交互界面（HMI）技術(shù)的關(guān)注度也最高。最通俗的理解，汽車(chē)HMI就是要在用戶和車(chē)輛之間建立起一個(gè)有效溝通的橋梁，使得兩者之間能夠無(wú)障礙地“對(duì)話”，它的作用可以概括為兩方面：一方面，用戶發(fā)出的指令，要能讓車(chē)輛“聽(tīng)”得見(jiàn)，“聽(tīng)”得懂；另一方面，車(chē)輛也要能夠通過(guò)HMI將車(chē)況和環(huán)境信息及時(shí)準(zhǔn)確地傳達(dá)給用戶，使其能夠快速作出正確的決策。

汽車(chē)HMI的進(jìn)化之路

汽車(chē)HMI的進(jìn)化，也伴隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。最初，HMI的方式是純“機(jī)械式”的：駕駛者通過(guò)油門(mén)、剎車(chē)、方向盤(pán)等輸出操控“指令”，直接經(jīng)由機(jī)械方式傳達(dá)給車(chē)輛；而汽車(chē)的車(chē)速、油耗、行駛里程等信息也是通過(guò)機(jī)械儀表展現(xiàn)在駕駛者的眼前。

這種比較沉悶的人車(chē)“對(duì)話”方式隨著汽車(chē)電子化的發(fā)展，逐漸改變了。這時(shí)用戶可以通過(guò)座艙內(nèi)的按鍵和旋鈕去控制越來(lái)越多的車(chē)身功能，后來(lái)由此發(fā)展而來(lái)的線控系統(tǒng)更是接管了核心的動(dòng)力系統(tǒng)的控制，也就是說(shuō)，人對(duì)車(chē)“發(fā)號(hào)施令”的方式變了。與此同時(shí)，車(chē)載信息通信系統(tǒng)的加入，也將液晶屏引入到了座艙內(nèi)，車(chē)向人傳遞信息的方式也變得更直觀和酷炫。

再后來(lái)隨著觸控屏的使用，通過(guò)一塊屏幕既可以接收車(chē)輛的信息，又能夠發(fā)布操控指令，這就使得汽車(chē)HMI又上了一個(gè)臺(tái)階。這方面一個(gè)最具代表性例子就要算是特斯拉的Model 3了，在它的座艙中一個(gè)15英寸的觸控屏取代了傳統(tǒng)座艙中的儀表盤(pán)和中控，幾乎取消了所有實(shí)體按鈕。在此之后，大屏幾乎成了駕艙是否“智能”的一個(gè)標(biāo)志，其他競(jìng)爭(zhēng)者也是亦步亦趨，快速跟進(jìn)。

但實(shí)際上，隨著汽車(chē)智能化定義的外延不斷擴(kuò)展、內(nèi)涵不斷豐富，汽車(chē)HMI的發(fā)展肯定不會(huì)停留在“一塊大屏幕”上，因此尋找后續(xù)的技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)力點(diǎn)也就成了目前汽車(chē)電子領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。

歸納起來(lái)，未來(lái)汽車(chē)HMI中主要有以下幾條競(jìng)爭(zhēng)賽道。

1、多屏顯示

如果將所用信息交互集中在一塊大屏幕中，很可能造成不同功能之間切換難的問(wèn)題，而且屏幕太大也不容易在空間有限的座艙中安置，因此“一車(chē)多屏、多屏聯(lián)動(dòng)”也就成了一個(gè)設(shè)計(jì)趨勢(shì)。中控顯示、數(shù)字儀表盤(pán)、副駕或后排娛樂(lè)屏、智能后視鏡等不同屏幕，可以根據(jù)用戶使用場(chǎng)景的不同按需配置。根據(jù)Strategy Analytics的預(yù)測(cè)，未來(lái)在一些高檔汽車(chē)中，顯示屏的數(shù)量會(huì)超過(guò)10塊。

2、HUD抬頭顯示

這種起源于戰(zhàn)斗機(jī)HMI的信息交互方式，可以通過(guò)AR技術(shù)，將關(guān)鍵的車(chē)輛駕駛信息以圖像化的方式投射到前檔玻璃上，并與實(shí)際的道路和環(huán)境融合在一起，讓駕駛員無(wú)需轉(zhuǎn)移視線就能夠?qū)?chē)輛狀況一目了然，并根據(jù)車(chē)況、地理、安全等方面的信息操控車(chē)輛。雖然這一技術(shù)目前還不算成熟，但是近年來(lái)市場(chǎng)滲透一直在加速。

3、語(yǔ)音識(shí)別

這可能是人們認(rèn)為最“自然”的一種與車(chē)輛“對(duì)話”的方式，無(wú)需動(dòng)手，只需動(dòng)口，就能讓車(chē)輛聽(tīng)你的指揮，這就避免了占用駕駛員寶貴的視覺(jué)“信道”，使其注意力不會(huì)分散，行車(chē)更安全。隨著語(yǔ)音識(shí)別在消費(fèi)級(jí)應(yīng)用中的打磨和成熟，其成為越來(lái)越多車(chē)型的標(biāo)配應(yīng)該指日可待。

4、手勢(shì)識(shí)別

這是和語(yǔ)音識(shí)別一起被認(rèn)為是下一代自然HMI的焦點(diǎn)技術(shù)，在智能座艙應(yīng)用場(chǎng)景多元化的趨勢(shì)下，也會(huì)具有自己的一席之地?；谠摷夹g(shù)，用戶通過(guò)滑動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等手勢(shì)，就能直接操控車(chē)輛中的特定功能，其在很多場(chǎng)景下可作為語(yǔ)音控制方案的一個(gè)補(bǔ)充，在可行性、相應(yīng)速度、成本效益方面也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

可以看出，汽車(chē)HMI正朝向更直觀、更自然、多元化的方向發(fā)展。上述這些新興的汽車(chē)HMI技術(shù)的應(yīng)用，也勢(shì)必會(huì)催生新型的電子元器件和組件，這對(duì)于傳感器、數(shù)據(jù)處理、觸控和顯示，以及電源和模擬在內(nèi)的元器件產(chǎn)品，都是一次機(jī)遇。

當(dāng)然，這些新型的元器件想要“上車(chē)”，也并不容易，它們不僅要在性能和功能上滿足新一代汽車(chē)HMI功能上的訴求，還要能夠在質(zhì)量和可靠性上符合嚴(yán)苛的車(chē)規(guī)，再有在小型化和成本方面也要有競(jìng)爭(zhēng)力……想要達(dá)到上述這些要求，就需要相當(dāng)?shù)募夹g(shù)底蘊(yùn)和實(shí)力了。

今天我們就為大家推薦兩款Maxim Integrated針對(duì)下一代汽車(chē)HMI而開(kāi)發(fā)的器件，相信你看完對(duì)它們的介紹，在做下一個(gè)Design-In時(shí)，BOM中也會(huì)多一些“料”。

高集成、高可靠屏幕背光驅(qū)動(dòng)方案

上文提到，顯示單元的大屏化和多屏化是汽車(chē)HMI的一個(gè)重要趨勢(shì)，而為了滿足日益復(fù)雜的系統(tǒng)要求，高精度、高可靠、高靈活度和小型化的電源方案必不可少。MAX20444B就是按照這樣的標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的器件，它是一款適用于汽車(chē)顯示屏的4通道背光照明驅(qū)動(dòng)器，帶有升壓控制器，每路支持高達(dá)130mA LED吸電流。內(nèi)部電流模式開(kāi)關(guān)DC-DC控制器支持boost或SEPIC拓?fù)洌ぷ髟?00kHz至2.2MHz頻率范圍。

圖1：MAX20444B四通道背光驅(qū)動(dòng)器IC
（圖源：Maxim Integrated）

其突出的性能優(yōu)勢(shì)包括：

高度集成：完整的4通道解決方案，集成升壓控制器、I2C控制，可最大限度地減少元件數(shù)量。

高度可靠、低EMI：工作在400kHz至2.2MHz頻率范圍，集成擴(kuò)頻振蕩器有助于降低EMI，帶有FSEN引腳的失效保護(hù)工作模式。

支持多種調(diào)光方式：具有I2C控制的PWM調(diào)光和混合調(diào)光，PWM最小脈寬均為500ns，可采用燈串相移調(diào)光，以降低EMI。

寬電壓工作范圍：4.5V至36V寬輸入電壓，啟動(dòng)后工作電源電壓低至4V，支持高達(dá)52V的拋負(fù)載。

完備的診斷功能：包括LED開(kāi)路/短路檢測(cè)和保護(hù)、升壓輸出的欠壓和過(guò)壓、升壓測(cè)量、LED電流測(cè)量、熱關(guān)斷。

低功耗：自適應(yīng)輸出電壓控制方式，可最大程度降低LED電流驅(qū)動(dòng)通路的功耗。

小型化：外形緊湊(4mm x 4mm)， 24引腳，采用TQFN或SWTQFN封裝。

低成本、小型化汽車(chē)手勢(shì)識(shí)別方案

在支持汽車(chē)手勢(shì)識(shí)別方面，Maxim Integrated推出了一款汽車(chē)級(jí)的手勢(shì)傳感器MAX25205。該傳感器利用集成的6x10像素光傳感器陣列，檢測(cè)受控IR-LED光源的反射光，實(shí)現(xiàn)接近檢測(cè)和手勢(shì)識(shí)別，即使在明亮的環(huán)境光條件下，也不受影響。通過(guò)與低功耗、低成本MCU配套使用，可以探測(cè)到滑動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和接近等手勢(shì)，以替代傳統(tǒng)的電子旋鈕和觸摸屏控制方式，控制車(chē)載信息娛樂(lè)、電話、側(cè)后視鏡、空調(diào)、天窗和車(chē)內(nèi)照明等系統(tǒng)。

與基于飛行時(shí)間（ToF）攝像頭的手勢(shì)識(shí)別方案相比，基于MAX25205的紅外傳感方案成本更低、尺寸更小——成本比市場(chǎng)上其他產(chǎn)品低10倍，而體積則小了75%。這無(wú)疑極具競(jìng)爭(zhēng)力。

圖2：基于MAX25205的汽車(chē)手勢(shì)識(shí)別方案
（圖源：Maxim Integrated）

MAX25205的性能優(yōu)勢(shì)總結(jié)如下：

功能全：可以實(shí)現(xiàn)9種手勢(shì)，包括滑動(dòng)（上下左右）、手指和手掌旋轉(zhuǎn)（順時(shí)針和逆時(shí)針）、接近等，與采用復(fù)雜微處理器的三芯片方案相比，延遲性更低。

成本低：成本顯著低于ToF攝像頭方案，無(wú)需復(fù)雜的軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)過(guò)程。

尺寸?。涸?mm x 4mm的封裝內(nèi)，集成了6x10光電二極管陣列、LED驅(qū)動(dòng)器和內(nèi)置LDO，整體尺寸明顯小于ToF攝像頭方案；同時(shí)還集成了400kHz I2C和6MHz SPI串行接口，可與低成本、低功耗的MCU連接形成小型化的系統(tǒng)方案。

可靠性高：符合AEC-Q100車(chē)規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，工作溫度范圍-40°C至+85°C，濕度敏感等級(jí)MSL1。

功耗低：工作電流1mA（3.3V時(shí)）。

圖3：基于MAX25205的汽車(chē)手勢(shì)識(shí)別方案具有低成本、小尺寸的優(yōu)勢(shì)（圖源：Maxim Integrated）

總之，汽車(chē)智能座艙的發(fā)展，為相關(guān)電子元器件創(chuàng)造了新的市場(chǎng)機(jī)遇。想要將智能座艙的設(shè)計(jì)做成一份讓用戶交口稱贊的“美味大餐”，一定需要在BOM中加一些不同以往的新“料”。Maxim Integrated的MAX20444B和MAX25205就是這樣的兩顆料，想要嘗鮮，就來(lái)貿(mào)澤電子的網(wǎng)站上獲取更多的技術(shù)資訊吧！