半导体业欲凭基础技术创新驱散2012年产业上空的阴霾
发布时间：2012-3-14 21:58
发布者：1770309616
|
（一）、LED照明篇 据市场研究机构 IHS iSuppli最新发布的报告，2012年全球半导体市场增长率仅约3.3%。行业不景气的原因主要是受全球经济低迷的影响。业内的主流观点多数看衰2012年的市场行情。 尽管有不少阴霾，但平板电脑、智能手机、移动通信基站、LED照明、工业控制及汽车电子领域，被业内人士一致看好为2012年半导体市场的阳光地带。 近期的深圳集成电路展、多场产业或技术研讨会及北京照明展上，国内外半导体厂商纷纷推出了大批创新基础技术。在巴塞罗那世界移动通信大会（2012MWC）上，英特尔、高通、博通、TI、Marvell、TriQuint、飞思卡尔、联发科、Nvidia等芯片厂商也展出了众多半导体技术，使往年以设备制造商和终端厂商为主的“二人转”，演化成了2012 MWC上，设备、终端制造商及半导体厂商的“三国鼎立”。 下面分别盘点一下近期半导体业在各应用领域的新技术。 LED照明篇 在欧债危机控制不力、美国、日本缓慢恢复的大背景下，中国将成为全球LED市场发展的主要驱动力量。尽管LED背光市场增长乏力，但受中国政府的政策支持，户外、商业和工业LED照明市场的引擎相当强劲。 例如，苏宁电器最近同意委托华讯节能及中国普天，以LED照明设备取代现有1000多家零售店的照明设备。其他企业也会陆续跟上。 
图1 Marvell全球技术营销高级经理Lance Zheng Marvell全球技术营销高级经理Lance Zheng（见图1）在深圳的“2012产业和技术研讨会”上也表示：“2011年中国商业照明增长约70%，2012年将延续这一趋势和增长率。”他还指出：“中国对LED灯泡的需求，肯定没有欧美大。这主要因为中国用户对成本更敏感；2012年欧盟的白炽灯将全部淘汰；2012年10月1日，美国要求白炽灯光效达到25lm/W。目前，全球LED制造70%在中国，其中大部分在深圳，产品多销往欧美。”家庭普及LED照明最多还有两年缓冲期 仔细阅读中国发改委关于LED照明的政策就会发现，从2012年和2014年的10月1日起，将分别禁止销售和进口100W和60W及以上普通照明白炽灯。 由于家庭中主要使用100W以下的白炽灯，且目前LED家庭照明的每居室单套成本要几十元或上百元，一个家庭根据居室数量的多少需用多套，绝大部分家庭难以或不愿承担。因此，有理由相信，政策的大规模效应不会马上显现，LED照明真正进入家庭的时间未必在2012年，而很可能被推迟到2014年。就是说，还有两年多的缓冲期供厂商进行市场铺垫、推广，开发灯具和电源驱动等相关新技术和产品，进一步将高高在上的成本拉下来，并提高可靠性。 LED照明设计挑战 
图2 飞兆半导体技术营销部经理钱家法 飞兆半导体技术营销部经理钱家法（见图2）分析了LED照明设计中的几项关键因素：1.对于5W以上的交流电压输入应用，额定输入电压下，PF（功率因数）≥0.9；对低电压输入的MR16 照明灯应用，没有规定。目前对于5W以下应用的PFC需求开始增加；需省去输入电解电容器。 2.功率大于25W 时，THD（总谐波失真）要小于25% （俄罗斯市场《10%）。对于球泡型应用没有严格的要求。 3.LED驱动板的功率效率，在低功率应用中，无调光板时，要大于85%；有调光板时要大于80%。效率越来越高，但相关的BOM成本也增加了。 4.在调光兼容性方面，切相（Phase cut）调光器（前沿型和后沿型）是主流，要保证LED灯不闪烁。 调光技术的比较 目前的欧美日家庭照明市场上，普遍采用的是可控硅调光器（Triac dimmer）。在深圳集成电路展的LED照明技术研讨会上，台湾新绿科技演讲人表示，今后LED照明在家庭普及的过程中，消费者希望最好不改变家里现有的照明布线，否则需要重新施工、装修，非常麻烦。 目前常见的调光器包括可控硅调光器（前切式）、电子调光器（后切式）和遥控调光器（红外线或RF式）。 该演讲人分析指出，电子调光器需要对居室线路重新施工，遥控调光器价格昂贵，又无统一标准。可控硅调光器由于用户不需重新施工改变现有线路，所以现阶段应用较多。但会降低PFC，深度调光时，导通角更短，这种缺点就更明显；还会降低功效；使THD增大；有突波电流；切角很小时，存在LED灯闪烁不定的问题。 新绿科技的EZDimming调光技术结合了正弦降压线路或正弦正激线路的专利驱动技术，通过检测现有的墙壁开关切换次数进行调光，PF大于0.9，功效在80%以上，切换柔和，没有突波电流或噪音，线路少、成本低。 没有电解电容器的调光驱动技术 飞兆的钱家法指出，其具备大（50W以上）、中（20W-50W）、小（20W以下）功率LED驱动方案。在20W以下的家庭和商业LED照明方面，由于调光器兼容性问题，在普通可控硅调光器结构中实现LED调光很困难。为此，飞兆开发出了带功率因数校正（PFC）、可控硅和模拟调光能力的FL7730单级原边调节（PSR）控制器，可兼容80%以上的调光器。 FL7730通过独特的模拟感测技术，可在从0至100%光输出的整个范围内，实现无闪烁的可控硅调光控制。FL7730和FL7732（不可调光）采用初级端调节和单级PFC拓扑结构，去掉了输入电解电容器和反馈电路（见图3），减小了空间，并降低了系统成本。 
图3 飞兆FL7730（可调光）/FL7732（不可调光）解决方案 通过内部误差放大器和低带宽补偿器，实现了恒定导通时间控制。功效在85%以上，PF在0.9以上，THD满足EN61000标准的Class C要求。±5%的恒流精度/控制可以不受输入和输出电压的影响，调节输出电流。对于下一步研发趋势，他表示，提高可靠性是重点，今后，大功率电源驱动的拓扑结构会发生变化。 有可能降低到0.5美元的LED驱动器 Marvell的Lance Zheng介绍，2月7日-9日在美国加州举行的“2012年美国SIL照明展”上，Marvell展示了一款深度调光AC/DC LED驱动芯片88EM8183。该芯片具有单级原边电流控制，PFC/QRC和低谷开关，片上高压启动电流。可进行1%的深度调光，满足NEMA SSL6调光标准。 88EM8183不需要光耦合器和次级反馈电路，也不需调光器泄流电路。效率达90%，有助于延长LED灯的寿命。PF在0.95以上，THD低于20%。据了解，目前在美国，若THD高于25%，就不能享受政府的政策补贴。目前，市场上的同类芯片通常含有50、60个元件，而88EM8183只有33个，这降低了30-40%的成本。据称，今后可以进一步降低到0.5美元，届时也标志着家庭LED照明的真正普及。 88EM8183可兼容110多种调光器。在图4所示的调光曲线中，通过对固化了多种算法的OTP存储器进行编程，蓝色曲线最右上边的点可以横向移动。另外，通过改变芯片电路里的一个外置电阻，可以把曲线往下拉，使调光曲线更趋理想，即与白炽灯的调光曲线（中间蓝色线）尽量吻合。 
图4 Marvell深度调光AC/DC LED驱动芯片88EM8183的调光曲线 另外，智能双通道DC/DC LED驱动芯片88EM8801可独立控制两条LED灯串。集成了4个MOSFET，成本降低，效率可达到97%。可把红、蓝光LED混合在一起，进行温度补偿，提高效率，最高达97%。此外，可以实现0.1%的PWM调光精度。OTP存储器程序可通过I2C接口进行Zigbee、WiFi和PLC通信。对于未来的智能照明平台，郑先生表示，每个灯具里都有驱动芯片，所有灯具会连到Marvell处理器的网关，芯片可以连到手机或平板电脑上进行遥控调光。还可利用LED上的传感器控制温度。目前，华为在其手机中利用Android系统开发了一个界面，以控制照明。他表示：“在目前提供的交钥匙方案中，通信器件与驱动芯片是分开的，等到市场起量时，会把他们集成。” AC/DC转换不见了 首尔半导体在3月1日的2012北京照明展上，展示了交流驱动LED Acrich2系列模块。其独有的专利技术消除了AC/DC转换环节。4W、8W、12W和16W的Acrich2模块方案能取代40W、60W、100W的白炽灯，及MR16卤素灯和筒灯。Acrich 2的PF为0.97，功效在90%以上，THD低于25%。灯具制造商可直接把内置Acrich 2的产品插入墙体。 另外，其大功率LED ZC系列以板上芯片直装式（COB）封装，采用了高反射铝基板，提高了亮度并延长了LED灯泡的寿命。 携MCU优势实现智能LED照明 目前，拥有MCU技术和电源驱动技术的厂商，基本都已将两者结合，目的就是抢占LED智能照明市场的制高点。 爱特梅尔亚太区营销总监曹介龙（见图5）表示：“智能控制是LED灯的最大优势之一。8位和32位AVR MCU是我们擅长的控制技术，将其与LED驱动芯片结合，再加上其他厂商的Zigbee（802.15.4协议）芯片方案，就可实现LED照明的远程控制（见图6）。Zigbee光线链接状态支持ZLL草案，并针对黄金单元（Golden Unit）状态。我们的总体战略是先切入LED背光照明，之后是小功率LED照明市场，目前的核心技术已经储备到了中、大功率部分。” 
图5 爱特梅尔亚太区营销总监曹介龙 
图6 爱特梅尔采用2.4G Zigbee收发器的远程控制LED灯设计 在效率优化方面，尽量减小因LED串Vf 失配而导致的功耗，通过芯片反馈引脚控制电源输出电压，自动启动校正和重新校正，针对Vf 变化而调节，系统架构不会影响调光范围与对比度。在老化和色彩-温度调节方面，有内部EEPROM，可自动测试，调节各个LED串以匹配色彩。并能进行软硬件调光。另一MCU巨头富士通半导体也展示了将8位MCU控制芯片8FX与LED照明驱动结合的小功率、低成本LED太阳能花园灯技术和LED三色调光方案（见图7）。 
图7 富士通半导体将8位MCU与LED照明驱动结合的小功率、低成本LED太阳能花园灯技术和LED三色调光方案 英飞凌也采用了MCU控制多通道LED灯或模块，该MCU可进行调光、灯温控制，并与照明网络连接，实现日光调节、运动控制开关、统一远程控制、HMI接口、维护监控、灯验证等功能。 另外，飞思卡尔采用SiP工艺的ZigBee兼容平台MC13213，集成了8位MCU MC9S08GT和Zigbee（IEEE 802.15.4）的MC1320x 2.4GHz射频接收器，可支持6万多个射频网络终端，实现LED照明的智能远程控制。 世界最小Triac调光的AC/DC LED驱动器 罗姆半导体的30W功率LED照明驱动芯片（可调光）T4/T5/T8/T10，可使PF改善到0.99，符合IEC61000-3-2标准；厚度比此前产品减少了30%，适于直管型、无接缝型、遮蓬灯。 罗姆（深圳）设计中心工程师胡琳龙表示，其LED驱动器参考设计对于9-12W的功率，PF可达0.9以上；7-12W的功率，PF可达0.85以上；5-7W的功率，PF也在0.7以上。 笔者还发现了罗姆一款号称世界最小可控硅调光的AC/DC LED驱动器，在5W输出、100Vac时，效率为65%；200Vac时，效率为58%。已通过传导干扰测试（CISPR15）和辐射干扰测试（IEC61000-3），兼容绝大部分可控硅调光器。 另外，LED照明驱动芯片BD555ALFV可实现可控硅/PWM/线性调光，调光比为1%-100%；内置的倾斜功能可实现平稳的照度变化（见图8）。适于灯泡型、射灯和普通LED照明。 
图8 罗姆半导体的LED照明驱动芯片BD555ALFV可实现可控硅/PWM/线性调光 硅集成氮化镓技术降低高亮度LED照明成本80%英国普莱思（Plessey）的高亮度LED照明技术非常前卫，目前看，似乎显得有些鹤立鸡群。该技术能在现有的标准硅衬底上集成超薄的高亮度LED结构。而现在普遍只能在SiC或蓝宝石基板上完成，且价格昂贵。硅集成氮化镓工艺的重大意义在于，解决了在大尺寸硅衬底上集成高亮度LED时，氮化镓和硅晶体在晶格中的高度失配现象。硅集成氮化镓方案可将现有成本降低80％。该公司表示，将于2012年晚些时候发布输出150lm/W以上的产品。 不少LED照明厂商对此评论说，硅集成氮化镓技术确实非常棒，但更适于大功率LED照明，家庭应用不是它的“菜”。（记者 恩平） （二）、汽车电子篇 2012年中国汽车电子市场6大发展趋势 1.法规成为技术进步的主要推动力。2012年7月，将出台针对HLL（前大灯水平调节）的强制性法规；整车电磁辐射新测试方式改变等，促使半导体取代传统机电元器件。 2.节能减排迫使整车厂商使用更多电子系统。比如：外灯采用LED，PWM广泛使用于各类电机控制，ABS、EPS、ESP、BCM、ACU等在低端车普及，各个系统效率的提高将带动整车进步。 3.驾乘者更加关注汽车安全，电子系统装车率提高。ASIL标准为国内整车厂商接受，将成为行业未来发展的标杆，配套厂正积极开发符合此标准的系统。 4.TPMS流行。国标GB/T26149在2011年7月开始执行，各大厂商推出了相关产品，越来越多的新车会有此功能。 5.新能源汽车方面，驱动系统从传统工业级进步到汽车级、动态平衡电池管理取代被动模式，车载充电器和整车控制器将进一步技术创新，技术的量变将为1、2年后的市场启动积蓄力量。 6.排放法规更加严格，摩托车继续从化油器升级为电喷系统。 
图1英飞凌（中国）汽车电子事业部总监刘鲁伟 
图2 富士通半导体汽车市场部经理丁洁早 
图3 飞思卡尔亚太区汽车及工业解决方案事业部全球产品市场经理郗蕴侠博士 英飞凌（中国）汽车电子事业部总监刘鲁伟（见图1）给出了上述分析。此外，他还指出，中国市场的校车项目会带来每年40万-100万辆的需求。富士通半导体汽车市场部经理丁洁早（见图2）指出了推动新能源汽车市场的两个因素：首先，最近油价日益高涨，叙利亚、伊朗，甚至整个中东的局势都不稳定。可以肯定2012年油价会超过150美元，甚至过200美元也是大概率事件。 第二，环境压力不断增大，节能减排目标非常艰巨。由于政府对PMR2.5的要求，一些城市开始从2012年测PMR2.5。各种压力都决定中国新能源汽车一定要往前走，即使暂时遇到价格高、基础设施不完善等困难。市场推动者包括半导体、系统、整车厂商，甚至是国家电网、中石油和中石化等商业模式厂商。 他对中国新能源汽车的发展趋势阐述道，新能源汽车发展的成败关系到未来的国家石油战略的安全；中国会重点发展与补贴纯电动（EV）和插电式混合动力汽车（PHEV）；纯电动汽车将是最终的发展目标，中短期内将以插电式混合动力车作为重点过渡车型；比亚迪、中国一汽、吉利、长城、长安、江淮等整车厂商都在大力发展插电式混合动力汽车。 飞思卡尔亚太区汽车及工业解决方案事业部全球产品市场经理郗蕴侠博士（见图3）强调了驾乘安全的重要性。她援引世界卫生组织的统计数据：全球每年有130万人死于交通事故，受伤的人数更是几倍于上述数字。其中90%的事故发生在发展中国家。因此，众多OEM和半导体厂商将把功能安全作为以后的重要发展方向。 （未完，见下回复栏） |
网友评论