汽车智能雨刮器专用集成电路芯片的设计

汽车智能雨刮器专用集成电路芯片的设计

1崔红燕、 2李霄 、3徐荣香、 4仇晓红、 5王卫卫

1青岛展诚科技有限公司

23青岛展芯微电子科技有限公司

45青岛腾拓科技有限公司

266000 山东青岛

摘要：本文通过汽车智能雨刮器专用集成电路芯片设计案例的分析，使更多的人了解集成电路芯片的设计流程，从较为直观的角度，看待相关芯片的设计，从而不断丰富我国芯片设计理论，为我国芯片设计能力的发展与提升提供可靠的保障。

关键词：智能雨刮器；集成电路；电路芯片；芯片设计

汽车智能雨刮器专用集成电路芯片，是一种结构功能相对比较简单的芯片类型。但是，该芯片的设计流程，与其他芯片的设计并无二致，都需要对芯片的基础功能需求进行分析，并在此基础上建立芯片的系统架构，然后逐步完善芯片设计的内容，使其最终以成品的方式表现出来。

一、集成电路芯片功能需求分析

该汽车智能雨刮器，是一种实验性质的汽车部件。在传统雨刮器的基础上，着重提升雨刮器的智能水平，因此需要根据雨刮器的工作条件，展开芯片功能的需求分析。

1.雨滴感应。为了保证雨刮器的智能水平，智能雨刮器需要感受雨滴的存在，当降雨开始时，将雨滴落到前挡玻璃表面时，雨刮器会检测到雨滴的出现，并触发智能雨刮器的工作。

2.雨刮速度的智能调节。不同的雨量，需要使用不同的雨刮速度，保证良好的行车视野，并降低雨刮器的能耗。因此，需要根据前挡玻璃承受的雨滴量，判断降雨的力度，并在降雨较轻时，调整至较慢的雨刮速度。而强降雨则需要提升雨刮速度，以保证良好的驾驶视野。

3.雨刮间隔的智能调节。在根据降雨程度确定雨刮速度的同时，还需要保证雨刮间隔不会影响驾驶的视野，因此智能雨刮器还需要根据降水量，合理调整雨刮的间隔，并避免过度刷水现象的产生。

4.雨刮区域的智能识别。为了最大程度保证驾驶视野的范围，在雨刮器工作的过程中，还需要智能判断主要的雨刮区域，并根据降水的汇集情况，在相关区域进行集中的刷水操作，以避免雨水影响驾驶视野的现象。

5.智能清洗、喷水功能。除去基本的刷水功能之外，当驾驶员视野因为玻璃污渍受到影响时，还可以通过驾驶员的手动操作或者自动触发清洗喷水，以有效清洁挡风玻璃，避免相关问题带来的影响。

二、系统架构

良好的系统架构是实现智能雨刮器专用集成电路芯片的基础。而该芯片的设计过程中，其系统架构主要由以下几个部分组成：

1.传感器接口模块。传感器模块负责收集前挡玻璃的降雨、透光等数据，并将相关的数据传递给其他模块进行有效的处理，以实现智能控制雨刮器的目的。

2.雨刮器控制模块。控制模块负责对智能雨刮器的运行进行有效地调整，再根据传感器检测数据，判断当前工作环境的情况下，根据预先设定的智能算法，控制雨刮器的刷水速度和间隔时间。

3.雨刮器驱动控制模块。该模块负责在出现降雨时，根据控制模块的要求，判断电机是否需要开启，并为雨刮器提供驱动力，使其展开刷水。

4.清洗液喷水模块。该模块主要负责清洗液喷水的内容，当控制器模块检测到驾驶员视野严重受阻时，及时开启喷水装置，以便于清理前档玻璃。而用户也可以通过手动控制实现清洗液的喷水。

5.用户界面。该模块为用户提供了一个交互的界面，使用按钮和触摸屏的方式，对智能雨刮器进行手动操作，同时也可以根据自身的要求，自定义雨刮器的工作模式，并调整相关的参数。

6.电源管理模块。该模块负责智能雨刮器、芯片的电源供应和管理，并根据车辆电池的电量，及时提供相关的数据，以便于用户进行自动调整。

三、初步设计

为了确保电路芯片能够完整实现对雨刮器的智能控制，在展开设计的过程中，需要根据智能雨刮器的功能需求、系统架构进行全面的设计。并通过将电路芯片分为功能模块、信号处理模块、控制算法模块、系统管理模块，合理确定芯片的布局和布线，从而保证芯片的兼容性和完整性，使其能够充分发挥作用。

1.功能模块。该模块主要有雨滴传感器接口电路的设计，以及清洗液喷水电路和雨刮器控制电路组成。通过相应的接口电路，使芯片能够根据传感器的数据，执行相应的工作。

2.信号处理模块。在收集传感器数字信号的同时，还需要对数字信号进行滤波、增益调节处理，从而提升传感器检测的准确性与可靠性。

3.控制算法模块。需要根据前挡玻璃的降水情况、速度、强度，合理设计自动调节雨刮器刷水速度、间隔时间等方面的参数，从而实现智能雨刮器控制的要求。

4.系统管理模块。该模块主要包括马达，驱动电路、用户界面、电源管理电路，保证相关电路功能实现的同时，确保电路结构的合理性，使其能够根据实际的参数稳定运行。

5.芯片布局、布线。根据以上各个模块的设计需求，考虑到不同电路之间的联系，以及约束条件，在保证信号完整性的情况下，利用自动布局布线工具，进行芯片的布局和布线。

四、电路模拟

利用芯片设计软件，在确定芯片布局、布线以及各个模块功能完整实现的情况下，需要对芯片的电路运行情况进行有效地模拟。一方面，需要根据智能雨刮器专用集成电路芯片的功能实现情况，单独对相应的功能进行模拟实验，确保传感器信号输入、控制信号，满足相应的功能需求，并保证汽车智能雨刮器能够正常工作。另一方面，则需要根据智能雨刮器集成电路芯片底层逻辑的运行原理，模拟在真实条件下，智能雨刮器集成电路芯片的总体工作情况。并对各个关键模块性能进行有效地验证和优化，确保芯片的功能能够满足设计的要求，并在系统级别上测试各个模块的协调运行结果，从而提前发现并解决芯片设计过程中存在的问题。以有效减少相关问题对芯片开发、生产带来的不良影响。

五、PCB设计与布局

根据芯片的布局、布线情况，需要进一步通过PCB布局的方式，确保芯片的设计，能够满足汽车智能雨刮器生产、应用的实际需求。首先，需要考虑到信号传输、供电、散热以及功耗等方面的因素，尽量缩短连接关键模块信号线的距离，从而减少信号的衰减以及干扰现象，并提升信号的传输效率。同时，需要根据电源线路、元件的散热情况，合理分布芯片的布局。并在此基础上，确保信号布线设计的合理性，通过保持信号线与电源线之间的距离，并保证各线连接的稳定性，和最短的间距。其次，需要对电源的控制、供电、驱动等接口进行有效地设计，以保证芯片具有良好的可扩展性，同时还需要保证信号线长度的适当性，避免可能出现的延迟和串扰现象。此外，为了进一步提升芯片的可靠性，在设计的过程中使用射频抗干扰设计以及保护电路，避免芯片在信号传输以及运行过程中可能出现的干扰和损坏现象。最后，对芯片进行DRC检查，根据芯片制造厂商的要求，确保PCB板的设计与布局，符合相关的标准，并进一步排除在芯片物理设计上存在的问题。

六、软件开发

软件开发是实现汽车智能雨刮器自动控制的重要内容，本次软件开发的主要内容分为驱动程序、系统控制算法以及故障诊断和保护程序的开发。

1.驱动程序。需要确保芯片中各个硬件保持相互匹配，并使用该驱动程序，输入输出的信号进行标准化，从而使芯片能够准确执行相应的控制要求。

2.系统控制算法。在根据功能需求、系统需求展开智能雨刮器控制算法设计的同时，还需要结合数据处理分析以及用户界面程序的相关内容，展开算法程序的开发。保证数据处理分析的准确性，并提取有用的传感器数据，从而实现系统控制算法的控制。

3.故障诊断和保护程序的开发。为了应对系统可能出现的故障，故障诊断和保护程序，主要通过检测系统的工作情况，并通过数据冗余、系统温度、电流电阻等参数，诊断系统可能存在的故障，使用户能够快速发现智能控制系统的故障，并进行有效的修复。

七、芯片原型的设计与测试

根据初步的设计方案，将设计好的PCB文件发送给芯片制造厂商进行生产，然后获得智能雨刮器专用集成电路芯片的原型板。在获得芯片原型后，还需要进一步录入相关的驱动软件，并对其的功能进行有效地测试，以判断智能雨刮器专用集成电路芯片是否能够满足性能、可靠性的具体要求。并在此基础上，进一步进行故障的排查和改进，调整电路设计、芯片物理布局等方式，提升芯片的可靠性。然后通过用户体验的方式，收集用户的反馈意见，并进行进一步的调整和改进，维奇的商业化、市场化提供可靠的参考数据。

结语：

汽车智能雨刮器专用集成电路芯片是一种结构相对比较简单的集成电路芯片，但同时也能够反映芯片设计的基本原理。通过了解其的设计流程，有助于进一步掌握芯片设计的理论和流程，并在实践与验证的过程中，不断丰富芯片设计相关的知识、经验，并用于其他类型芯片的开发过程中。

参考文献：

[1]蒋开正.汽车雨刮器电子式复位装置设计[J].汽车电器,2021(10):60-61.

[2]蓝芳芳.一种模拟汽车雨刮器延时控制的电路[J].农村经济与科技,2016,27(10):277+279.

[3]任德强,邬齐荣,龚敏.汽车智能雨刮器专用控制芯片[J].电子与封装,2011,11(10):43-46+48.