汽车无线通信芯片—车规AEC-Q100认证

1. 无线通信芯片介绍

随着信息、计算和芯片技术的迅速发展，外界信息交互需求日益增长，车内电子系统数量不断增加，汽车电子系统变得越来越复杂，各个系统间的信息传递需要通信网络的有力支撑。根据通信连接形态的不同，汽车通信应用分为无线通信和有线通信。无线通信主要用于实现V2V（汽车与汽车互联）、或者V2X（汽车与用户设备互联，或汽车与其它设备，如通信基站和卫星的通信等连接）。有线通信主要用于车内设备之间的各种数据传输。

汽车通信示意图

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无线通信按照传输距离可划分为广域网通信和局域网通信。广域网通信包括移动蜂窝网络通信、卫星GNSS通信；局域网通信包括V2X直连通信、蓝牙、Wi-Fi、UWB等。无线通信支持通信速率从1Mbps到数Gbps。

2. 各类无线通信芯片

（1）移动蜂窝芯片

蜂窝移动通信（Cellular Mobile Communication）采用蜂窝无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来，进而实现用户在活动中可相互通信。主要特征是终端的移动性，并具有越区切换和跨本地网自动漫游功能。蜂窝通信从20世纪80年代至今，已经发展到第五代（5G）。

与手机移动通信类似，汽车移动通信通过接入通信基站实现信息的发送和接收。移动蜂窝芯片是负责车与基站通信的芯片，其根据移动通信制式划分为2G/3G/4G/5G移动蜂窝芯片。目前，汽车移动通信应用比较广的是4G，5G的渗透率也正在快速提升。相比于旧的版本，5G通信芯片在传输速率、低延时、可靠性等性能上都有较大提升。

2G/3G/4G/5G移动蜂窝芯片对比

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移动蜂窝通信芯片按照数据收发流程对应的功能，分为基带芯片和射频芯片，基带芯片负责信号调制/解调，主要分为5个子模块：CPU处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器、接口模块。蜂窝基带芯片通常与应用处理器集成在SoC中。射频芯片负责数据的发送/接收，将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形， 并通过天线谐振发送出去。射频芯片分为射频前端和射频收发器，其中射频前端包括功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、滤波器、射频开关（Switch）、天线调谐开关（Tuner）等。移动蜂窝通信芯片制程上已经实现5nm量产，正在向3nm/2nm节点发展。

移动蜂窝芯片根据整车实际需要，一般需要1颗芯片可选择被集成到TBOX、车机或车身独立网关等控制器中。移动蜂窝芯片的应用赋予汽车网联化功能，实现了车辆信息娱乐和远程控制，极大的改善用户体验，其主要功能应用包括OTA升级、高精地图下载/导航、紧急呼叫、遥控泊车、远程诊断、互联网娱乐应用等功能。

（2）V2X直连通信芯片

V2X直连通信主流采用C-V2X技术，包含LTE-V2X技术和NR-V2X技术，是基于LTE/NR蜂窝网通信技术演进形成的车用无线通信技术，用于实现车辆与周围的车、人、基础设施等全方位连接和通信，满足低时延、高可靠等特殊严苛的技术要求，赋能汽车智能化和网联化变革，V2X可以感知到视距外行人、车辆、交通信号灯等信息，协助感知、高精定位、规划、决策、控制等，提高车辆的智能化等级。

V2X通信示意

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V2X直连通信芯片是用来对远车、路及其他交通参与者信息进行处理交互的芯片。V2X直连通信芯片包括外挂和集成两种，目前除以色列Autotalks外，主流路线均选择将V2X直连通信与蜂窝通信功能集成。全球一般采用5.9GHz ITS频段作为V2X直连通信频段，中国于2017年分配了5905-5925MHz作为LTE-V2X专用通信频段，目前国内尚未规定NR-V2X专用频段

V2X直连通信芯片可根据整车实际需要，集成到TBOX或者智能座舱域控制器中，一般为1颗。LTE-V2X主要实现基本安全应用、交通效率类提升和部分自动驾驶业务，通过提供增强的行车环境感知能力，避免大多数碰撞事故。NR-V2X面向更高需求的应用，通过更灵活的设计，支持低时延和高可靠性要求的V2X业务，最终支撑实现完全自动驾驶。NR-V2X是LTE-V2X的技术增强和补充，并在将来与LTE-V2X长期共存、针对不同用例提供服务。

（3）蓝牙芯片

蓝牙技术由美国蓝牙技术联盟制定并发布，可实现短距离内设备之间点对点或点对多点的短距离数据交换。蓝牙技术采用2.4GHz频段通信，传输速率最大超过20Mbps，具有功耗低、自组网和成本低的优势，适合覆盖距离在300米以内、数据传输量较小的通信。

蓝牙芯片是一种集成蓝牙功能的电路集合，主流制程一般为28nm，包括无线射频单元、基带域链路控制单元、链路管理单元等，通过无线连接将固定和移动信息设备组成个人局域网，实现设备之间无线互连通信。根据蓝牙传输标准划分，蓝牙芯片可分为常规蓝牙芯片及BLE（低功耗蓝牙）芯片。

①常规蓝牙芯片泛指支持蓝牙协议在4.0以下的芯片，采用SBC编码格式，常被用于传输音频、文件等场景，功耗较高。

②BLE芯片指支持蓝牙协议4.0或更高的模，采用LC3编码格式，常被用于设备匹配、数据同步、定位等场景，具有低功耗及低延迟优势。

车载蓝牙系统以蓝牙芯片为底层硬件基础，一般集成在车机系统内，通过无线短距通信与用户手机相连，实现免提通话、车载蓝牙娱乐、蓝牙车辆远程状况诊断、汽车蓝牙防盗和车辆进出控制等功能。

①蓝牙免提通话功能利用手机作为网关，通过蓝牙无线音频传输实现手机到蓝牙耳机或者蓝牙音箱的声音无线转换，实现解放双手，降低交通肇事隐患的目的。

②车载蓝牙娱乐功能利用车载音响播放蓝牙立体声流媒体音乐，提升用户车内娱乐体验。

③蓝牙车辆远程状况诊断功能依靠蓝牙远程技术对车辆相关功能模块具体运行情况进行实时监测，同时利用设定算法判断系统出现运行故障的原因与故障类型，将故障诊断代码上传到车载运行系统存储器中。

④汽车蓝牙防盗功能指汽车处于设防状态时，蓝牙感应功能会自动连接汽车车主监控终端，一旦车辆状态出现变化或者遭受盗窃，将会自动报警；

⑤车辆进出控制功能利用蓝牙定位感知特性支持智能手机数字钥匙功能，实现锁定和解锁车门。

（4）WIFI芯片

WIFI芯片情况表

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Wi-Fi 是基于IEEE802.11标准的无线短距通信技术，由Wi-Fi 联盟所持有。Wi-Fi从诞生到现在已经发展了多个版本。目前，中国汽车行业Wi-Fi设备仍然以Wi-Fi 5产品为主，Wi-Fi6将有望从2022年开始逐步提升。下一代的版本是Wi-Fi7，预计2024年正式发布。

相比蓝牙，Wi-Fi具有传输距离远、速率快、同时连接设备多、受众范围大等优点。Wi-Fi芯片的主要参数或评价指标包括：

·Wi-Fi版本/标准

·工作频段及对应带宽

·MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) or SISO(Single-Input Single-Output)

·是否支持实时双频

·OFDMA

·发射功率

·封装方式和尺寸

·低功耗

·工作温度

·可靠性，是否满足AECQ100 或其它汽车工业标准

·安全性设计，包括功能安全ISO26262

·支持信息安全

车载Wi-Fi目前的主要功能是面向座舱内的驾乘人员提供无线接入服务，用于信息娱乐、移动办公等。根据整车实际需要，可选择被集成到TBOX、车机/座舱域控制器、网关等控制器中。

（5）GNSS 导航芯片

GNSS导航定位系统包括美国GPS系统、俄罗斯Glonass系统、欧洲Galileo和中国“北斗”系统，在频段上，GNSS包括L1：1575.42MHz、L2：1227.6MHz和L5：1176.45MHz三种频段，其中，L2一般用于军用场合。

GNSS导航芯片是导航终端的核心，其定位精度、功耗、体积等方面的性能直接影响导航系统的运行表现。GNSS芯片包括基带芯片和射频芯片，射频芯片负责接收信号，基带芯片负责对接收到的基带信号进行解码，主流GNSS芯片均采用基带和射频芯片集成的方式。GNSS芯片配合算法共同决定了GNSS系统的导航定位精度，目前，主流GNSS芯片均支持GPS/Glonass/Galieo/北斗多模和L1/L5双频制式，主流制程一般在14nm-28nm，定位精度已提升至亚米级甚至厘米级。

汽车GNSS芯片主要用于导航定位、紧急援助、车队管理（包括保险）以及智能驾驶，一般集成在V2X（OBU）、TBOX或车机中，随着智能网联汽车的快速发展，基于卫星的定位可为多传感器数据融合提供重要基础和支撑，GNSS芯片在汽车领域的渗透率不断提升。

（6）UWB芯片

UWB，为超宽带无线通信技术（Ultra Wide Band），通过发送和接收具有纳秒或皮秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而在3.1~10.6GHz频段上具有500MHz以上量级带宽。UWB通信具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点，实验室理想情况可以实现10cm左右的高精度定位，实际环境精度能达到亚米级。

UWB芯片作为实现UWB功能应用的核心电路集合，目前其主流制程一般在28nm。UWB频率带宽较大，脉冲波形非常窄，决定了UWB芯片内部射频及模拟模块需要支持更高的带宽；同时，由于UWB 芯片是利用电磁波的飞行时间来做测距，时间戳要解算得非常准确，芯片信号处理部分不能引入过多的非固定延迟；此外，UWB芯片应用需要有大量工程实例算法迭代，开发难度较大。UWB芯片主要评价指标包括：速率脉冲模式、频段、功耗、面积、成本等

由于在高精定位、低功耗和安全性方面优于其他技术（Wi-Fi和蓝牙），UWB正在成为智能汽车多场景功能落地的关键技术支撑，一辆汽车大约需要用5个UWB芯片，可应用于车辆无钥匙进入等场景的定位辅助、智能尾门功能、汽车雷达活体检测、自动泊车辅助等，目前多个车企均配备了基于UWB 技术的新一代数字化车钥匙。

3.无线通信芯片全球市场格局

（1）移动蜂窝芯片

因价格及应用场景发展，当前汽车移动蜂窝通信芯片主要以4G为主，5G芯片渗透率正在快速提升。根据世界移动通信大会（MWC）主办方GSMA发布《2022中国移动经济发展》报告显示，2021年中国新增的5G连接超过2.85亿，5G连接总数占全球5G连接的75%；预计到2025年，中国5G连接总数将从2021年的4.88亿增至8.92亿。根据前瞻产业研究院数据，中国5G芯片市场规模将从2020年的2.41亿美元增长到2027年的75.09亿美元，年复合增长率达到63.4%。中国5G市场的领先也为4G/5G在汽车领域的应用和普及提供了良好的发展环境，据前瞻产业研究院预计，到 2025 年在5G快速建设与产业链成熟度快速提升的推动下，中国车联网渗透率或提升至77%左右的水平，市场规模有望达到接近万亿级别。预计2025年TBOX装备率将达85%，5G通信芯片的占比将从2%提升到约29%。

移动蜂窝基带芯片方面，行业技术壁垒高、研发周期长、资金投入高，经过从2G到5G多年发展后，多家知名企业相继退出，市场高度集中。从4G基带芯片市场占比看，高通仍然占据主导地位，三星、华为海思、紫光展锐、联发科、中兴微电子等实力较强。目前5G基带芯片设计厂商仅有美国高通、联发科、三星、华为海思、紫光展锐，呈现寡头垄断的格局。移动蜂窝射频芯片方面，国际企业占据主导，Skyworks、Qorvo、博通和 Murata 四家公司占据了85%的市场份额，其余15%的市场为高通、联发科，紫光展锐、卓胜微等企业。

（2）V2X直连通信芯片

自2017年以来，国家出台了一系列政策支持车联网发展，2019年中国V2X市场规模达200亿美元，预计到2023年，中国V2X市场规模有望突破500亿美元，增速高于全球水平，其主要得益于汽车产业的稳步发展以及车载移动终端的增长需求。到 2025 年，新车基本实现智能化，高级别智能汽车实现规模化应用，新一代车用无线通信网络（5G-V2X）基本满足智能汽车发展需要。

高通、华为海思、大唐宸芯、Autotalks、中兴通讯、紫光展锐等均已推出或规划相关V2X芯片，高通在技术和成熟度上处于领先。

（3）蓝牙芯片

2015~2019年，中国汽车蓝牙芯片年复合增长率为16.1%，预计到2023年，车用蓝牙设备年出货量达到1.15亿，93%的新出产汽车（包含轿车、卡车和SUV等）都会将蓝牙作为标配，车载信息娱乐系统将采用蓝牙连接，助力提升车载娱乐体验。而在汽车制造和后装解决方案市场，蓝牙也将全面渗透，至2023年，全球道路上行驶的汽车中将有半数以上搭载蓝牙。另外，随着蓝牙在智能手机中的渗透率达到100%和蓝牙导向功能的加入，未来将有越来越多的汽车制造商采用手机来取代目前的汽车钥匙。预计2023年，密钥卡、传感器和其他车载应用等其他用例将占蓝牙汽车全部出货量的24%。

蓝牙芯片厂商的经营模式分为IDM模式和Fabless模式。其中90%以上的蓝牙芯片厂商的经营模式为Fabless模式。高端蓝牙芯片产品由欧美蓝牙芯片大厂垄断，代表性企业包括Nordic、Dialog、TI、ST、Cypress、Silicon Lab等，该类企业技术及资源实力雄厚，且具有先发优势，在全球低功耗蓝牙芯片市场份额占据较高的市场份额，企业平均毛利率在45%以上。中国蓝牙芯片行业参与者多集中在低端蓝牙芯片市场，包括海外厂商、传统集成电路企业、初创企业，代表性企业包括泰凌微、汇顶科技、桃芯科技、紫光展锐等。

（4）WiFi芯片

万物互联时代，全球物联网设备数量飞速增长，短距无线网络也同样得到飞速发展。据统计，2020年全球WIFI芯片市场规模为44亿颗，同比上涨4.76%，年均复合增长速度为6.92，还处于稳定增长阶段。

当前在汽车领域的应用，主要还是以Wi-Fi5产品为主。随着Wi-Fi6技术和应用的不断完善，2020年后，Wi-Fi6的渗透率在快速地提升。根据 Gartner预估，Wi-Fi6到2023年的市场规模将达到52亿美元，年均复合增长率为114%，中国联通预计到2025年Wi-Fi6产品的渗透率将达到90%以上，市场规模有望达到220亿美元。

目前，在Wi-Fi的市场领域，主要还是国际产商占据市场主导地位，国内公司主要是华为海思进入市场的前列。

WIFI芯片主要参与者

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（5）GNSS导航芯片

国家不断出台相关政策引导北斗导航应用的发展，2022年，工信部出台《关于大众消费领域北斗推广应用的若干意见》，指出要培育北斗大众消费新应用，重点突破系列关键技术，加快推进高精度、低功耗、低成本、小型化的北斗芯片及关键元器件研发和产业化，形成北斗与5G、物联网、车联网等新一代信息技术融合的系统解决方案。预计从2021年到2031的十年间，全球GNSS接收机的年出货量将持续增长，从2021年的18亿台套增长至2031年的25亿台套，其中亚太地区仍将是最大市场。（资料来源：《EO and GNSS Market Report（“地球观测”和“全球卫星导航系统”的市场报告）》）

国外导航芯片产业发展较早，技术积累深厚，已发展成为较为稳定和成熟的产业。美国GPS系统起步较早，博通、高通、德州仪器、SiRF等美国公司积累了大量技术及经验，市场占有率较高，如SiRF公司的GPS芯片产量占全球GPS芯片出货量的70%、博通的导航元器件销售额位列世界前三。与此同时，欧洲在导航芯片领域也有较强的实力，U-blox占据欧洲高端GNSS芯片大部分市场份额。

根据相关统计，目前国内共有包括华大北斗、北斗星通、华为海思、紫光展锐、千寻在内的40余家企业从事GNSS芯片的研发，国内主要GNSS导航芯片厂商基于传统导航芯片领域不断向汽车领域渗透。

（6）UWB芯片

根据ABI research的数据，全球出货的所有UWB设备总数将从2019年的1.09亿台增长到2025年的10亿台以上。到2025年，全球总共将有36亿台UWB设备出货。

目前，整个UWB产业链处于发展早期阶段，从当前的UWB芯片竞争格局看，美国射频巨头Qorvo旗下的Decawave占据了95%以上的市场份额，苹果、恩智浦也开始涉足UWB芯片领域，在汽车领域得到快速应用。国内如纽瑞芯科技、长沙驰芯半导体、精位科技均推出了商用UWB芯片，但目前主要针对消费电子领域应用，在汽车电子领域应用较少。

4. 国产通信类芯片发展情况

（1）移动蜂窝芯片和V2X直连通信芯片

国内蜂窝通信技术以及芯片能力技术储备较充分，在国际上位居前列。汽车领域的蜂窝通信集成SoC市场呈开放竞争状态，典型的汽车蜂窝联网芯片平台包括高通推出的骁龙4G汽车平台和5G汽车平台，海思巴龙和麒麟设计能力追平国际水平，短期受限于生产制造影响国内供应，长期看风险可控，同时，紫光展锐也在积极规划研发与高通对标的汽车芯片。

无论是高通还是国内自主移动蜂窝芯片，均已经被多个国际汽车厂商采用，相关产品已经商用。国内移动蜂窝芯片在设计上存在较强的应用潜力，但从长期发展来看，受限于当前国际形势以及全球半导体产能短缺影响，需要解决制造方面的问题。

在V2X直连通信芯片方面，目前国内均采用与移动蜂窝芯片集成的方式，国内华为、大唐已经推出量产的LTE-V2X直连通信芯片，处于国际前沿水平。

（2）蓝牙芯片

中国蓝牙芯片行业参与者多集中在低端蓝牙芯片市场，利润空间较小，中国本土低端蓝牙芯片供应商通过购买CEVA协议栈，或采用CEVA成熟IP，针对国际大厂产品做兼容，协议栈的兼容性以及应用层的经验不多。为打破高端蓝牙芯片市场垄断局面，部分中国本土蓝牙芯片厂商积极布局高端蓝牙芯片市场，以桃芯科技、恒玄科技、珠海炬芯和紫光展锐为代表的中国本土企业有望打破中国高端蓝牙芯片市场被欧美厂商垄断局面。

（3）Wi-Fi芯片

目前，Wi-Fi芯片的竞争很激烈，很多本土设计开发Wi-Fi芯片的企业成立时间短，更多的选择从消费类或工业IoT市场出发，能提供车规类Wi-Fi芯片的比较少，是***要解决的主要领域之一。

车用Wi-Fi芯片更多应用于车内热点AP，手机连接投屏，软件升级等座舱的功能应用，工作环境相对宽松，车企及零部件企业可考虑评估工业类的芯片，在零部件组件上增加防护措施，进而考虑选择工业类的Wi-Fi芯片。

以下是部分国内Wi-Fi物联网芯片企业及产品。

部分国内Wi-Fi物联网芯片企业及产品

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（4）GNSS导航芯片

国际主流芯片厂商发展较早，利用相对优势打开双模芯片市场。***厂商在早期面临人才不足、核心技术被高通、博通等公司垄断的困境。

经过近几年的发展，华大北斗、北斗星通、华为海思、紫光展锐等国内企业逐步突破技术瓶颈后来居上，芯片和解决方案能力已经在全球范围崭露头角总体性能达到甚至优于国际同类产品，全面实现国产应用，从产业链源头支撑中国北斗GNSS系统建设。当前，北斗导航芯片全部实现国产，模块累计销量已突破8000万片，高精度板卡和天线销量已占据国内30%和90%的市场份额，并输出到100余个国家和地区，在“一带一路”沿线国家开拓市场。国内华大北斗主要从事导航定位芯片、卫星定位、定位算法的研发工作，主要面向汽车互联和智能终端等领域，目前华大北斗的GNSS芯片已经实现了厘米级的定位精度。紫光展锐推出了高性能、高集成度、全国产自研的双频卫星定位导航授时芯片，支持GPS/北斗/GLONASS/Galileo等全球主流导航系统，具有小尺寸、低功耗、抗干扰等特性，且支持车规标准。此外，北斗星通、武汉梦芯科技等均推出了基于国内北斗定位系统的GNSS导航芯片，我国在GNSS导航芯片上已基本实现自主可控，全球竞争力加速提升。

国产GNSS芯片概览

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（5）UWB芯片

在汽车UWB芯片上，车规级UWB芯片关键技术基本被国外垄断，国内厂商目前大部分采用恩智浦通信协议转用的方式，未来需要重点突破。

无线通信芯片需要通过的车规AEC-Q100认证

对于车载通信芯片，通常需要符合AEC-Q100的相关认证要求。这意味着在设计和制造这些芯片时，遵循了AEC-Q100的测试方法和指南，能够确保产品在汽车环境中的稳定运行，满足可靠性和耐久性的要求。

此外，值得注意的是，AEC-Q100认证并非仅适用于射频芯片，它还涵盖了汽车电子系统中的其他元器件。因此，车辆制造商在选择车载通信芯片时，通常会优先考虑符合AEC-Q100认证的产品，以确保整个汽车电子系统的质量和可靠性。

车规认证之AEC-Q100

汽车电子委员会(AEC- Automotive Electronics Council)由克莱斯勒(Chrysler) 、福特(Ford) 和通用汽车公司(General Motors)成立，旨在制定电气元件的通用质量标准。第一版AEC标准是1994年推出的，100针对集成电路，101针对分离元件，102针对光电元件，104针对MCM模块，200针对被动元件。

AEC-Q100标准地位

AEC-Q100作为目前应用最为广泛和基本的车规级，它近乎强制，而功能安全并非强制，仅为建议性。

AEC-Q100 环境运行温度范围标准

温度范围是AEC-Q100核心标准之一。

AEC-Q100 关键测试类别包括：

1） AcceleratedEnvironment Stress （加速环境压力）

2） Accelerate LifetimeSimulation （加速寿命仿真）

3） Packaging/Assembly （封装/组装）

4） Die Fabrication （芯片制程）

5） ElectricalVerification （电气验证）

6） Defect Screening （不良品筛选）

7） Cavity PackageIntegrity （腔体封装完整性）

华碧实验室AEC-Q100测试流程及说明

AEC-Q100认证流程

AEC-Q100环境压力测试

AEC-Q100 加速寿命模拟测试

AEC-Q100封装完整性测试

华碧实验室是国内领先的集检测、鉴定、认证和研发为一体的第三方检测与分析的新型综合实验室，拥有丰富的车规级电子认证经验，已成功帮助300多家企业顺利通过AEC-Q系列认证，通过AEC-Q100对每一个芯片个案进行严格的质量与可靠度确认。