中控与仪表盘的数字化与大屏化，对汽车用户与开发者而言带来了哪些变化
作者：Doctor M
对于埃隆·马斯克将大屏植入到特斯拉的中控区，消费者抱有截然不同的两种态度。认同的人觉得这样才够酷，才是高科技汽车该有的样子；不认同的人觉得这块竖起的大屏太突兀了，破坏了汽车内饰原有的稳重大气。
时至今日，这样的争论仍然持续着。不过，当我们将目光投向车市，不难发现大屏在汽车中的占比越来越高，尤其是主打智能化的新能源汽车。根据CINNO Research的统计数据，2021年前三季度中国市场新能源乘用车中控显示屏总销量中，12寸以上占比达到48%，8寸-10寸占比为20%。同时段内，中国传统的燃油车也有25%是搭载12寸以上中控屏幕的。
细想也能够理解，汽车数字化意味着功能更多，原来巴掌大小的屏幕虽能承载，但是操作流程就要复杂许多，且科技感明显不足。回想智能手机的发展，汽车选择大屏也是数字化时代的大势所趋。
与此同时，大屏作为汽车数字化的典型特征之一，也就意味着所搭载的中控屏或者仪表盘不仅尺寸要大，还要具有更好的交互性，更好的显示功能，以及更稳定的产品性能。今天，我们就来聊聊数字化和大屏给汽车带来的变化，以及随之而来的相关挑战，并从贸泽电子上的相关器件中挑选几款推荐给大家，帮助大家实现更好的汽车数字化方案。
车载大屏是数字座舱的表象
自2010年前后特斯拉开始讨论将大屏带入到汽车驾驶舱，目前大屏在车载方面已经发展成两大流派：特斯拉以及蔚来等品牌选择了竖版的大屏中控，然后选择性地搭配数字仪表盘；小鹏、威马和奔驰等品牌则是用上了贯穿屏幕，仪表盘和中控合二为一。虽然屏幕外观不同，但两者背后都是汽车数字化和智能化在推动。
图1：车载大屏（图源：蔚来汽车官网）
大屏和汽车数字化是相辅相成的，这也带动了相关产业的发展。根据Omdia的统计数据，2020年全球汽车显示屏出货量达1.27亿片，其中大多数为中控显示屏，出货7,380万片；电子仪表盘占比第二，出货4,680万片。按照Omdia的预计，到2030年车载显示屏的出货量将达到2.38亿片。
基于大屏实现汽车数字化功能的好处是显而易见的。首先是信息获取效率高，随着汽车功能越来越丰富，传统操作杆/按钮+表盘/单色液晶屏的方式，已经无法很好地支持全部功能，数字化+大屏成为优质的替代方案，这套组合在信息传达方面更直接，支持多任务执行和系统扁平化，减少了驾驶人员的视线转移。
其次，数字化+大屏使得汽车智能化上限更高，不仅能够作为自动驾驶、车家互联等功能的窗口，并且能够增加更加人性化的交互功能，比如手势控制、眼球捕捉、系统风格自定义等，给驾乘人员带来更好的体验。
此外，数字化+大屏也为汽车功能部署赢得了更多的物理空间。
当然，要兑现数字化+大屏在汽车产业的巨大潜力，单单只有一块或者几块屏幕是不够的，还需要功能强大且极具智能化的中控系统。作为系统核心，主控芯片要有强大的功能，以支持各种程序和功能的运转，同时也要做好对全车信息的掌控，成为车载信息的汇集点，通过各种类型汽车总线与ECU或域控制器实时通信，提供信息娱乐、车辆控制和信息安全保护等功能。
此外，包括屏幕在内的整个中控系统都安装在汽车复杂的电子环境中，需要满足汽车对可靠性的高要求。相较于智能手机或者平板电脑的使用场景，车载设备所处的环境更加复杂、恶劣，不仅有温度、灰尘、震动等干扰，电磁辐射也是一个大麻烦。在这些严峻的考验下，黑屏、死机等问题是不被允许的，同时设备损坏的更换成本也很高昂，非常影响消费者对于品牌的忠诚度和信任度。在这方面，高可靠性驱动芯片是必不可少的，它为车载屏幕更好地运行提供了一份保障。此外，车联网相关器件以及传感器等同样需要满足这些高要求。
因此，实际上车载大屏只是表象，背后是传统汽车座舱向数字座舱进化的大趋势。对于开发者而言，车载大屏并不是简单地把屏幕尺寸换成大的，背后需要性能更强的软硬件系统，以实现稳定可靠的数字化功能，开发者需要重新构思系统设计，将更多先进的科学技术带入到汽车领域，比如人工智能、机器学习等。
下面，我们就从贸泽电子丰富的元器件产品中选择几款推荐给大家，这些器件不仅能帮助广大工程师朋友实现车载大屏的高性能，同时也能够应对汽车内复杂严苛的应用环境。
轻松实现系统多合一的MPU
在实现数字化+大屏的过程中，主控芯片是系统的灵魂。基于一款出色的MPU，设计者可以更好地实现贯穿屏设计或者一芯多屏设计，可以支持更加智能的算法，实现更好的交互功能。并且，一款强大的MPU还拥有丰富的外设接口，让车载通信和多功能融合都不在话下。我们今天要推荐的第一款器件便是这般强大的MPU，来自制造商NXP Semiconductors，贸泽电子上的制造商编号为MIMX8QM6AVUFFAB，大家可以搜索此编号快速找到这款器件。
图2：NXP i.MX 8QuadMax处理器（图源：NXP Semiconductors）
我们都知道，i.MX 8系列应用处理器拥有多个系列，提供基于Cortex-A72 + Cortex-A53、Cortex-A35、Cortex-M4和Cortex M7组合的解决方案，并且彼此之间具有很好的兼容特性，工程师朋友可以通过一款PCB方案体验不同的i.MX 8系列应用处理器。
我们今天介绍的MIMX8QM6AVUFFAB属于i.MX 8QuadMax系列，该系列应用处理器搭载八个内核（两个Arm®Cortex®-A72、四个Arm Cortex®-A53和两个Arm Cortex®-M4F)、双32位GPU子系统、支持4K H.265的VPU，为多任务运算、系统控制和图形显示等汽车数字化以及大屏需要的核心功能提供强力支撑。
通过丰富的内核配置，i.MX 8QuadMax系列应用处理器可以帮助开发者将娱乐系统无缝地迁移到汽车上，并允许不断完善该系统，包括提供用户的自主定制化选项，以及视觉辅助、视觉跟踪和对象检测等基于视觉的高级HMI系统。
在方案设计上，i.MX 8QuadMax系列应用处理器为数字汽车座舱带来了前所未有的冗余度，可以支持各种不同的方案设计，包括独立的多合一中控大屏设计，抬头显示、数字仪表、中控等一芯多屏设计。出色的图形化能力让沉浸式座舱体验成为可能。
i.MX 8QuadMax系列应用处理器丰富的硬件配置支持车载信息娱乐和辅助驾驶功能相融合，利用多摄像机输入、数字拼接和VX视觉扩展，能够为驾驶者提供360°扩展视野。并且，器件内部提供16个独立的运行时可编程硬件防火墙域，可以在没有管理程序的情况下运行多个操作系统，确保关键显示信息的稳定运行。同时，还需要特别指出的是，该系列应用处理器满足SafeAssure®ASIL-B标准，具有针对任何显示器的故障转移功能，进一步确保了重要信息正常、稳定的显示。
图3：i.MX 8QuadMax系列应用处理器系统框图（图源：NXP Semiconductors）
此外，i.MX 8QuadMax系列应用处理器集成了高级安全技术和标准，包括加密引导、椭圆曲线加密和安全密钥存储，支持AES、SHE及其他汽车安全标准，为系统运行、网络连接和OTA升级提供必要的安全保护。同时，该系列处理器利用FDSOI提高系统可靠性，改善MTBF（平均故障间隔时间）并降低软错误率。
更高精度的汽车监控电路
虽然本文已经多次提及，但是我们还是要再一次强调车载功能器件的特殊性，那就是对稳定性有非常严苛的要求，而除了主控芯片本身具有的稳定机制，外围的辅助电路同样也有着重要作用。
我们都知道，屏幕、控制芯片等都是对电压要求较高的精密器件，一款高性能的稳压器能够以更高精准度自动调节系统电压，将波动较大或者达不到器件要求的电源电压调整到设定范围内，保障器件安全稳定地工作。下面我们为大家推荐贸泽电子上销售的一款带有电压检测器的超低静态电流稳压器，来自制造商Nisshinbo，其1.2V电压输出版本贸泽电子上的制造商编号为R5112S121B-E2-KE。
图4：R5112系列电压稳压器（图源：Nisshinbo）
R5112系列电压稳压器具有200mA输出电流和42V输入电压，输出电压可以在1.8V、2.5V、2.8V、3.0V、3.3V、3.4V或5.0V中任意选择并内部固定，输出电压精度以及电压检测器的阈值检测器精度均为±0.6%，具备高精度电压检测特性。除了作为基本的稳压器，R5112系列产品还包括一个输出短路保护电路、一个过流保护电路和一个热关断电路。
图5：R5112系列电压稳压器系统框图（1）（图源：Nisshinbo）
图6：R5112系列电压稳压器系统框图（2）图源：Nisshinbo
图7是R5112系列电压稳压器的典型应用电路，能够看到VOUT引脚和GND之间连接有一个肖特基二极管 (D1)，这是非常有必要的。在实际应用中，器件可能面临短路电流冲击，在VOUT引脚和GND之间涉及输出电容（C2）和短路电感的电路可能产生负电压，这可能对负载设备造成损害，肖特基二极管（D1）的存在避免了这种潜在危害。
图7：R5112系列电压稳压器的典型应用电路（图源：Nisshinbo）
此外，还需要向大家说明的是，R5112系列电压稳压器是Nisshinbo汽车监控电路产品组合的一部分。除了电压检测相关产品，该产品组合还包括看门狗定时器，当设备因为系统噪声、误差等原因进入死机状态时，看门狗定时器能够产生一个复位信号或请求中断服务，让系统自动恢复重新运行，不会影响系统整体的进程。对于数字化汽车而言，看门狗定时器这一功能特性是非常重要且必要的。
同时，Nisshinbo汽车监控电路产品组合都具有附加功能，比如手动复位引脚、SENSE引脚、上电复位、过压和欠压检测等，可用于增强系统功能安全。
让车联网更稳定的汽车开关
在实现数字化+大屏的过程中，车联网是底层技术，增强了汽车信息共享能力和协作能力，进一步提升了车内用户的使用体验。为了确保在恶劣环境下提供稳定的联网功能，汽车电子委员会（AEC）Q100曾专门制定了开关和PA等有源元件的测试标准，通过这些严苛测试的器件能为汽车带来更稳定的网络传输。
当然，一款性能出色的汽车RF开关，不仅是让网络传输更稳定，还能够增加车联网的设计冗余度，让汽车网络更加多元化。下面我们为大家推荐的器件同样来自制造商Nisshinbo，是一款汽车单刀双掷开关，可用于Wi-Fi®、BLUETOOTH®和UWB应用，贸泽电子上的制造商编号为NJG1801BKGC-A-TE3。
图8：NJG1801BKGC-A汽车级SPDT开关（图源：Nisshinbo）
对于NJG1801BKGC-A而言，其第一个显著的产品优势就是通过了AEC-Q100 1级标准测试，工作温度在-40 ~ +125℃，为车载RF应用提供稳定可靠的产品性能。该产品具有超宽带属性，能够在Sub-GHz到8.5GHz之间提供更低的插入损耗（0.35 ~ 0.6dB）和更高的隔离度 (18 ~ 28dB)，ESON6-GC封装符合自动光学检测（AOI）标准，不仅能够用于遥控车门开关（RKE）系统，对于2.4GHz频段和5GHz频段的WiFi应用，以及UWB应用同样提供很好的支持。
图9：NJG1801BKGC-A功耗-温度特性（图源：Nisshinbo）
总体而言，稳定可靠的NJG1801BKGC-A能够应对汽车恶劣的应用环境，并通过高隔离特性减少路径传输的干扰，为高性能车联网赋能。
在更严苛的条件下实现数字化
以大屏为表象的汽车数字化实现了各种各样的车载智能应用，其中包括智能座舱、智能后视镜等等，而实现这些的前提是要满足汽车严苛的元器件测试标准，需要有更稳定可靠的性能表现。大屏和数字化对于用户而言意味着更舒适便捷的乘车体验，对开发者来说则是人工智能、车联网等先进技术和汽车的有机结合，而贸泽电子上销售的车规级元器件是将其串联在一起的桥梁，帮助大家在更严苛的条件下实现汽车数字化。
