新型汽车常用集成电路实用手册 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:人民邮电出版社

作者:孙余凯

出品人:

页数:355

译者:

出版时间:2006-6

价格:38.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787115139047

丛书系列:

图书标签:

• 汽车电子
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汽车电子技术发展历程与前瞻 汽车，早已不仅仅是简单的交通工具，而是集机械、电子、信息、通信于一体的复杂系统。其中，集成电路（IC）的出现，更是赋予了汽车全新的生命力，使其在智能化、网联化、电气化浪潮中飞速发展。本书旨在从更广阔的视角，梳理和展望汽车集成电路技术的发展脉络、核心驱动力以及未来趋势，为汽车电子工程师、研发人员以及相关领域从业者提供一个全面的技术视野和深入的思考方向。 第一章：从机械到电子——汽车电气化的萌芽与演进 1.1 早期汽车的电气化：点火、照明与启动的革命 回顾汽车工业的早期，机械驱动占据主导地位。然而，电能的引入，特别是电动机的出现，彻底改变了汽车的启动方式，告别了费力的手摇曲柄。点火系统从磁电机转向电池点火，显著提高了点火稳定性和发动机效率。车灯从油灯、乙炔灯逐渐升级为电灯，极大地提升了夜间行驶的安全性和便捷性。这一阶段的电气化，主要围绕着发动机的控制和车辆的基本功能展开，其核心是简单的分立电子元件和早期的电磁元件。 1.2 transistor时代：小型化与可靠性的飞跃 晶体管的发明，为汽车电子的小型化、低功耗化奠定了基础。早期的电子控制单元（ECU）开始出现，例如用于点火和燃油喷射控制的简单逻辑电路。这些ECU虽然功能相对单一，但相较于纯机械控制，其精度和可调性有了质的飞跃。电阻、电容、二极管、三极管等分立元件构成了这些早期的控制系统，尽管体积较大，但已经预示着汽车电子化的大方向。 1.3 集成电路的登场：汽车电子的集成化浪潮 集成电路（IC）的出现，是将大量晶体管、电阻、电容等电子元器件集成在一块半导体芯片上的技术。这标志着汽车电子进入了一个全新的时代。一台汽车上集成的IC数量和种类呈指数级增长。从最初的几个简单逻辑门芯片，发展到复杂的微处理器、微控制器、专用集成电路（ASIC）等。ECU的数量从几块增加到几十甚至上百块，每一块ECU负责管理和控制汽车的某个特定功能，例如发动机管理系统（EMS）、防抱死制动系统（ABS）、电子稳定程序（ESP）、电动助力转向（EPS）等。 1.4 汽车功能电子化：从舒适性到安全性与环保性的全面提升 IC的广泛应用，使得汽车的功能得到了极大的拓展和提升。 动力总成控制： 现代EMS利用高性能微处理器，通过对进气、喷油、点火等参数进行精确控制，实现燃油经济性的最大化和排放的最小化。ABS和ESP等主动安全系统的集成，利用传感器采集车辆状态信息，通过ECU的实时计算和控制，有效防止车辆失控。 车身电子： 车窗升降、座椅调节、后视镜电动折叠等舒适性功能，以及车灯控制、雨刮控制、空调控制等便利性功能，都离不开IC的支持。 信息娱乐系统： 早期简单的收音机，逐渐发展为集成了导航、多媒体播放、手机互联等功能的车载信息娱乐系统（IVI）。这背后是强大的应用处理器、图形处理器以及各种通信接口IC的应用。 传感器技术： 汽车对环境和自身状态的感知，高度依赖于各类传感器，如温度传感器、压力传感器、角速度传感器、加速度传感器、图像传感器等。这些传感器本身很多也包含了集成电路，负责信号的采集、调理和初步处理。 第二章：核心驱动力——芯片在现代汽车中的战略地位 2.1 汽车电子化浪潮的加速：法规、需求与技术的协同作用 推动汽车电子化发展的核心因素是多方面的： 日益严苛的法规要求： 世界各国对汽车的排放标准、燃油经济性、碰撞安全等方面的法规日趋严格。这些法规的达标，很大程度上依赖于更精密的电子控制系统。例如，排放法规的收紧迫使发动机控制系统更加智能化，需要更复杂的ECU和传感器。 消费者对智能化、网联化、舒适性的需求： 消费者对驾驶体验的期望不断提高，追求更安全、更舒适、更便捷、更智能的汽车。自动驾驶辅助系统（ADAS）、车载信息娱乐系统、智能互联功能等，都成为吸引消费者的重要卖点，而这些功能的实现，直接依赖于先进的汽车IC。 技术进步的推动： 半导体技术的飞速发展，使得高性能、低功耗、高可靠性的汽车级IC成为可能。摩尔定律的持续效应，让更复杂的计算和控制功能得以集成到更小的芯片中，并且成本逐渐降低。 2.2 汽车ECU的演进：从功能独立到域控制器再到中央计算平台 早期ECU的功能是相对独立的，一个ECU负责一个或少数几个功能。随着汽车功能的爆炸式增长，这种分散式的ECU架构带来了线束复杂、功耗高、集成难度大等问题。 域控制器（Domain Controller）： 为了解决上述问题，汽车电子架构开始向域控制器演进。域控制器将同一功能域内的多个ECU进行整合，例如，将动力总成相关的ECU整合到一个动力总成域控制器，将车身舒适性相关的ECU整合到车身域控制器。这大大简化了线束，提高了系统的集成度和可维护性。 中央计算平台（Central Computing Platform）： 当前，汽车电子架构正朝着中央计算平台的方向发展。这意味着将大部分的ECU功能集中到一个或几个高性能的中央计算单元，通过高速通信网络（如CAN FD、以太网）连接传感器和执行器。中央计算平台能够实现更强的算力、更集中的软件管理、更灵活的功能升级，为自动驾驶、智能座舱等复杂应用提供强大的支持。这一演进趋势，对高性能汽车级处理器、FPGA、AI芯片等提出了更高的要求。 2.3 关键的IC类型及其作用 在现代汽车中，集成电路扮演着至关重要的角色，主要可以分为以下几类： 微控制器（MCU）： MCU是汽车ECU的核心，负责执行控制算法、处理传感器数据、驱动执行器。根据应用场景，MCU的性能和功能差异很大，从简单的8位MCU到高性能的32位MCU，甚至多核MCU。 微处理器（MPU）： MPU通常拥有更强的计算能力，常用于处理复杂的任务，例如车载信息娱乐系统、自动驾驶算法、高级驾驶辅助系统（ADAS）等。 专用集成电路（ASIC）： ASIC是为特定功能而设计的芯片，通常在性能、功耗和成本方面具有优势。例如，用于汽车通信（如CAN、LIN）的ASIC，用于特定传感器接口的ASIC。 现场可编程门阵列（FPGA）： FPGA具有高度的灵活性，可以在硬件层面进行重新配置，适用于需要快速原型开发和快速迭代的应用，或者在设计周期后期需要修改逻辑功能的场景。 电源管理IC（PMIC）： 汽车电子系统需要精确的电源管理，PMIC负责将车载电源转换为不同电压和电流，为各个ECU提供稳定可靠的电源。 传感器IC： 集成了传感器元件和信号处理电路的IC，用于将物理信号转换为电信号，并进行初步的放大、滤波、模数转换等处理。 通信IC： 用于实现汽车内部各ECU之间以及汽车与外部进行通信的芯片，如CAN控制器、LIN控制器、以太网控制器、Wi-Fi/蓝牙模块等。 存储器IC： 如Flash存储器用于存储程序和数据，RAM用于临时数据存储。 第三章：技术前瞻——智能汽车时代的IC新挑战与机遇 3.1 自动驾驶的“大脑”：高性能计算与AI芯片的崛起 自动驾驶是汽车工业最具颠覆性的变革之一。实现L3及以上级别的自动驾驶，需要强大的车载计算平台来处理海量的传感器数据，并进行实时决策。 高性能计算平台： 传统的MCU和MPU已难以满足自动驾驶的需求，高性能的CPU、GPU、DSP等成为构建自动驾驶计算平台的核心。 AI芯片（NPU/ASIC）： 深度学习算法在自动驾驶中扮演着关键角色，用于感知（物体识别、车道线检测）、预测、规划等。专门为AI计算设计的NPU（Neural Processing Unit）或带有AI加速功能的ASIC，能够高效地执行神经网络推理，成为自动驾驶系统的“大脑”。 车载以太网： 随着数据量的激增，传统的CAN总线已无法满足带宽需求。车载以太网正在成为实现高速、大容量数据传输的主流通信方式，这需要专门的以太网交换机IC和PHY芯片。 3.2 智能座舱的革命：人机交互与信息娱乐的融合 智能座舱将成为人车交互的中心，提供更加丰富、个性化和便捷的驾乘体验。 高级IVI系统： 更强大的IVI系统需要高性能的MPU和GPU，支持高清显示、3D图形渲染、多任务处理、语音助手、增强现实（AR）导航等功能。 人机交互（HMI）IC： 包括触摸屏控制器、生物识别传感器（如指纹识别、人脸识别）、语音识别芯片、眼球追踪传感器等，它们共同构建了更自然的交互方式。 车内通信： 智能座舱内部的各种设备需要高效的通信，低延迟、高带宽的通信技术，如CSI-2（Camera Serial Interface）、MIPI DSI（Display Serial Interface）等，被广泛应用。 3.3 汽车安全性的持续提升：功能安全与网络安全 随着汽车电子系统的复杂性和互联性的增强，安全问题变得尤为重要。 功能安全（ISO 26262）： 汽车电子系统需要满足严格的功能安全标准，确保在发生故障时仍能保持安全状态。这要求IC的设计必须考虑冗余、故障检测、故障容错等机制，并需要专门的芯片和开发工具来支持。 网络安全： 汽车联网后，面临着被黑客攻击的风险。车载通信、OTA（Over-the-Air）升级、云端服务等都需要强大的网络安全防护。集成在IC中的安全模块（如安全存储、加密引擎、信任根）以及相关的安全软件，是构建安全汽车的关键。 3.4 电气化与可持续发展：动力电子与能源管理 电动汽车（EV）和混合动力汽车（HEV）的普及，对动力电子和能源管理IC提出了新的要求。 功率半导体： SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）等宽禁带半导体材料，因其高耐压、高频率、低损耗的特性，正在逐渐取代传统的Si（硅）功率器件，用于电机控制器、车载充电机、DC/DC转换器等关键部件，提升能量效率和续航里程。 电池管理系统（BMS）： BMS是电动汽车的核心，负责监测电池的状态（电压、电流、温度），进行充放电管理，实现电池的均衡和保护，延长电池寿命。BMS需要高精度的ADC、DAC、MCU以及通信接口IC。 能源管理IC： 优化整个车辆的能量分配，提高能源利用效率，降低能耗。 结论 汽车集成电路技术的发展，是一个不断突破、持续创新的过程。从满足基本的发动机控制需求，到支撑起高度智能化的驾驶和信息娱乐体验，IC在汽车工业中的地位日益凸显。未来的汽车将更加智能化、网联化、电气化，这必将带来对汽车IC性能、可靠性、安全性和集成度前所未有的挑战。同时，也为半导体行业带来了巨大的机遇。深入理解汽车电子的演进趋势，掌握核心IC的技术要点，将是汽车电子工程师和相关从业者在新时代保持竞争力的关键。本书提供了一个宏观的视角，旨在激发读者对汽车IC技术更深入的思考和探索。

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这本号称是“实用手册”的书，我本来是满怀期待地想学习一下现代汽车电子系统中的那些“黑匣子”——集成电路的工作原理和应用技巧的。毕竟，现在的车子早就不是纯机械的了，里面塞满了各种ECU和传感器，能搞懂驱动这些IC的门道，对维修和升级都是硬道理。然而，拿到这本书翻阅之后，我的心情可以说是从期待直线坠入了迷茫。首先，从内容深度上来说，它给我的感觉更像是一本给刚入门的电子爱好者准备的入门科普读物，而不是一本面向专业技术人员的“手册”。比如，它花了大量的篇幅去解释一些非常基础的半导体物理概念，诸如PN结的形成、载流子的漂移和扩散，这些内容即便是初级电子专业的学生都会觉得过于冗余和肤浅。真正关键的、与汽车应用紧密相关的部分，比如特定车规级IC（如用于CAN总线收发的ASIC、高精度A/D转换器在动力总成控制中的具体选型标准、或者失效保护电路的设计考量）的内部架构剖析、参数极限分析以及实际的PCB设计注意事项，几乎找不到深入的论述。很多章节只是简单地罗列了一些常见的集成电路型号及其基本功能描述，缺乏针对特定应用场景下故障诊断的实例分析和深入的原理剖析。如果我只是想快速了解某个特定车载IC的极限工作条件或替代方案，这本书提供的帮助实在有限，更像是一本需要配上大量外部资料才能勉强使用的参考书。

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这本书的排版和结构设计也让人抓狂，完全没有体现出一本专业手册应有的逻辑性和查找便利性。我希望一本手册能做到“所查即所得”，至少目录和索引应该是清晰且覆盖全面的。但这本书的章节划分显得非常随意和跳跃。比如，动力转向系统的电路基础和胎压监测系统（TPMS）的无线通信模块的介绍竟然被放在了同一个大章节下，两者之间缺乏必要的过渡和联系，让人感觉像是把不同培训课程的讲义强行拼凑在一起。更别提索引部分了，很多关键术语，比如“看门狗定时器”、“LIN总线收发器”、“电源管理IC的欠压锁定阈值”等，在索引中要么找不到精确的页码，要么干脆就没有被收录。每一次想查找某个具体的技术点，我都要花费大量时间在各个章节之间来回翻阅，效率极其低下。此外，书中大量使用的示意图质量也让人不敢恭维，很多关键的芯片引脚定义图和内部框图模糊不清，甚至有些标注的电压等级和电流参数与行业标准存在细微的出入，这在对精度要求极高的汽车电子领域是绝对不能容忍的。一本工具书的价值，很大程度上体现在其易用性上，而这本书在这方面的表现，实在是让人大失所望。

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从作者的写作风格来看，这本书似乎更侧重于理论推导和对标准协议的复述，而不是实际的工程经验分享。我们都知道，汽车电子系统的工作环境极其严苛，涉及的不仅仅是电路本身的性能，还包括电磁兼容性（EMC/EMI）、温度循环、振动冲击等车规级认证的要求。然而，这本书在讨论集成电路的选择和应用时，几乎完全避开了这些至关重要的环境适应性问题。例如，当介绍到某个常用的微控制器（MCU）时，作者只是简单地列出了其主频、存储器大小和通用I/O数量，却完全没有提及该芯片是否通过了AEC-Q100认证，或者在实际高低温循环测试中可能出现的潜在问题。真正有价值的“实用”信息，往往藏在那些血泪换来的工程经验里，比如某个特定封装（如QFN）在长期高温工作后散热不良导致漂移的案例，或者由于电源纹波过大对敏感模拟电路产生干扰的解决方案。这本书读下来，给我的感觉是作者从未真正将这些芯片装载到整车环境中进行过长期的、严苛的测试，所有的论述都停留在“纸面设计”的层面，缺乏那种经过实战检验的、能够让工程师立刻应用到项目中的“干货”。

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最让我感到不解的是，这本书在引用和参考文献方面做得极为薄弱，这对于一本技术参考资料来说是致命的缺陷。一本优秀的专业书籍，其知识体系应该是建立在扎实的学术基础和最新的行业标准之上的，作者应该清晰地指出哪些内容来源于特定的JEDEC标准、哪些是基于IEEE规范，或者哪些是特定半导体制造商的推荐应用笔记。这本书中，很多重要的公式推导或设计原则，出现得非常突兀，缺乏必要的来源标注。这使得读者在遇到存疑的地方时，无法有效地追溯到原始出处进行交叉验证。更糟糕的是，一些关键的集成电路的性能参数，比如最大工作温度、抗静电放电（ESD）等级的描述，与其他权威数据表进行比对时，偶尔会出现互相矛盾的情况。这极大地削弱了这本书作为一本“手册”的权威性和可靠性。如果一本工具书连最基本的数据准确性都无法保证，那么它在实际的工程应用中就可能带来误导性的风险，这比没有提供信息更加危险。我最终只能将它束之高阁，因为我无法信任其提供的每一个数据点和每一个设计建议。

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这本书在对新技术的介绍方面显得滞后且保守，无法真正匹配“新型汽车”这个前缀。当前汽车技术的发展日新月异，特别是向着高度集成化、域控制器和中央计算平台演进，这对底层集成电路提出了全新的要求，比如高带宽的SerDes接口、用于异构计算的AI加速器IP、以及支持未来功能安全标准（如ISO 26262 ASIL D级）的冗余设计。然而，当我翻阅书中关于“网络通信”和“传感器接口”的章节时，发现内容依然大量集中在CAN FD、LIN总线这些相对成熟甚至已经快要被边缘化的技术上。对于目前主流的千兆以太网（Automotive Ethernet）在车内骨干网络中的应用，特别是相关的物理层收发器（PHY）的设计难点和集成挑战，书中几乎没有涉及，或者只是寥寥数语带过，缺乏对关键芯片驱动能力和延迟特性的分析。同样，在涉及高精度传感器融合时，现代应用中对低噪声、高动态范围的ADC/DAC的要求越来越高，这本书对这些前沿IC的选型标准和噪声抑制技巧的介绍，完全跟不上行业前沿的步伐，让人感觉仿佛时间停在了五年前的汽车电子技术水平上，与书名所承诺的“新型”二字相去甚远。

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