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算力之外,村田如何帮智驾硬件抠空间、稳供电、留余量

一颗 100μF 的多层陶瓷电容,封装从 1210 英寸 规格缩小到 1206 ,电路板占用面积减少约 36% 。放在整车上,这样的变化很容易被忽略;放进空间紧张的智驾域控制器里,省下的位置就有了实际价值。

智能驾驶升级,芯片周围的电路也在变得复杂。算力提高带来功耗增长,传感器增加带来更多数据,区域架构与中央计算又改变了供电和通信的组织方式。元器件需要在更紧凑的空间里承担更多工作,还要经受温度变化、振动和长期运行。

10月28日,在苏州举行的SAECCE 2026上,村田围绕电容、电感和惯性测量单元(IMU)展示的产品与技术支持,对应着这些具体需求。从一张电路板出发,可以看到智驾硬件升级中容易被算力数字遮住的工程细节。

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01. 算力提升,供电和高速传输需要一起升级

高算力芯片运行时,电流需求会随负载变化。DDR、SerDes、高速接口和AI推理模块,都可能带来剧烈的瞬态电流波动。供电网络需要及时响应,把电压维持在设计允许的范围内,电容的有效容量、等效串联电阻和等效串联电感都需要纳入考虑。

“随着ADAS和自动驾驶平台算力提升,元器件使用数量在增加,但PCB空间反而越来越紧张。”谈及中国客户的需求,土桥信裕提到了这组矛盾。村田也因此将小型化、高容值和高性能作为产品开发的重要方向。

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村田中国Mobility市场事业群总经理土桥信裕先生

单纯增加电容数量,很难解决高频、大电流下的供电问题,也会进一步挤占布板空间。选型需要结合整个电源分配网络的阻抗和瞬态表现,确定器件类型、数量与位置。

村田的电容方案覆盖主板和芯片封装内部。板端可以通过小型高容MLCC、三端子低ESL产品优化供电网络;封装内部则需要兼顾小尺寸、大容值和薄型化。四端子、长款倒置型等低ESL、低背产品,也为不同空间和电路条件提供了选择。容量方面,MLCC最高可支持220μF,具体选型仍要围绕芯片需求展开。

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村田已经在不同规格上推进小型化。除了100μF产品缩小封装,0201英寸车规MLCC已经实现2.2μF容量;用于电源线路的25Vdc、1μF产品,封装从0603英寸缩小到0402,占板面积减少约61%。对元器件密集的电路板而言,这些面积可以用于缓解布局压力,也为其他器件安排留出余地。

高电压平台则提出了另一组要求。面向48V系统,村田汽车用树脂外部电极MLCC在0805英寸、100Vdc额定电压下实现2.2μF,相比同额定电压、同容量的过往产品,贴装面积减少约51%。面向SiC相关电源电路,已经量产的C0G特性MLCC达到1.25kV额定电压、15nF容量,尺寸为3.2×2.5mm,可用于车载充电器等应用。

耐温能力也要与安装环境匹配。不同车规MLCC产品的温度特性覆盖X7R、X7S和X8L,其中X7R、X7S的温度范围为-55℃至125℃,X8L为-55℃至150℃。当然,小型化、高容量、高耐压与耐温需求,还需放到具体产品上做综合权衡。

高速传输同样需要从整条链路考虑。摄像头等传感器通过SerDes链路连接智驾平台,采用PoC方案后,可以在同一根同轴电缆上同时传输直流电源和高速信号。线缆使用方式更加紧凑,电源噪声与高速信号之间的隔离也必须做好。

PoC电感因此需要结合协议和电路条件选型。村田提供覆盖GMSL、FPD-LINK、MIPI A-PHY等多种SerDes标准的方案,并配有回路参考设计和仿真模型。大电流、小尺寸磁珠,以及覆盖CAN到高速以太网的信号线共模电感,则用于处理电源线和信号线上的干扰。供电和数据传输同时稳定,芯片算力才有可靠的运行条件。

02. 让感知硬件跟上软件的使用周期

IMU的选型,需要放到车辆更长的使用周期里考虑。

惯性测量单元提供加速度和角速度等运动信息,用于姿态感知和导航辅助。一次测试中的精度表现,只能说明部分能力。装车之后,还要面对温度变化、持续振动以及长期使用,系统需要的是这些条件下仍然可用、可信的运动数据。

此次展示的村田IMU(SCH1600系列)具备六自由度运动测量能力,加速度计、陀螺仪零偏不稳定性典型值分别为22μg和0.4°/h。村田同时强调全温范围内的性能、振动条件下的稳定性和全寿命性能一致性。

谈到IMU与后续功能开发的关系,土桥信裕给出的思路是:“高精度IMU可以为后续智驾等级升级预留硬件能力,支持软件定义汽车。”

车辆交付后,可以通过OTA更新功能,但已经装车的传感器存在明确的性能边界。后续功能需要怎样的感知能力,应当在车型定义时作出规划。高精度IMU提供了硬件余量,实际能够支持哪些功能,仍取决于整套软硬件方案。

土桥信裕谈到的另一项优势是多域复用:“多域信号复用,一颗高性能IMU可以覆盖多个控制域需求,帮助客户降低BOM成本并简化系统设计。”

在满足系统架构和安全要求的前提下,具备多通道输出能力的IMU,可以为AD/ADAS、车身稳定控制、底盘控制、大灯调节以及导航等系统提供运动信息,减少重复配置器件的需求。

器件成本因此需要放到整套系统里计算。采购价之外,能够支持多少功能、减少多少器件,长期使用后的性能表现如何,都应纳入评估。电容小型化释放的布板空间,以及对贴装工序和库存复杂度的影响,也属于设计收益。

关于长期可靠性,土桥信裕区分了质量管理、元器件可靠性与功能安全开发三个层面。IATF 16949面向汽车行业质量管理体系,AEC-Q系列用于元器件可靠性验证,ISO 26262涉及功能安全开发流程,不能相互替代。

车载MLCC、静噪元件和IMU分别依据适用的AEC-Q200或AEC-Q100要求,接受温度循环、湿热、振动和机械冲击等试验;功能安全相关传感器则需要相应的开发流程支持。选型时把器件性能与验证要求一起确认,才能判断产品是否适合具体系统。

03. 从选型到验证,可靠性要提前设计

“合作模式确实在发生变化。”这种变化,也在推动村田调整参与客户项目的方式。

燃油车时代,村田更多直接面对Tier 1客户。如今,整车厂深入参与电子电气架构和模块开发,村田也在更早进入OEM的产品定义与架构设计。等到主板布局、接口和供电方案基本确定,再调整器件,可选择的余地已经有限。

村田在中国提供的技术支持,已经进入这些具体环节。本地实验室可免费提供电源完整性仿真,开展PDN阻抗优化和瞬态电压分析。上海的3米电波暗室、深圳的车载设备用屏蔽室,以及多个据点的测试设备,则为噪声评估和方案调整提供了条件。

在选型、电路设计和PCB布局阶段提供支持,再配合样品测试、性能评估与故障分析,可以让器件问题尽早进入验证流程。对于开发周期紧张的项目,技术支持介入的时间、模型是否齐备、测试能否及时开展,都会影响设计推进。

研发准备则需要更长的时间。“材料部门会着眼未来3到5年,商品部门会着眼未来1到3年”, 村田始终坚持以市场动向为起点描绘明确的路线图。当前项目的需求,需要与这些准备衔接。电容的小型化涉及陶瓷与电极材料的均匀性,也涉及成型、层叠和烧制工艺,一次封装缩小,往往需要多个环节持续改进。

制造和研发方面,村田在中国也有相应布局。无锡生产基地提供车载MLCC和热敏电阻等产品,第三工厂已于2025年5月开业,在上海、武汉等地则设有村田部分产品的研发据点。项目需要同时考虑器件性能、开发节奏和后续供应,设计与制造之间的沟通不能缺位。

面向中国汽车项目出海,土桥信裕提到的差异更多体现在项目推进方式上,包括长期供货、全球供应保障和当地技术响应。村田位于德国纽伦堡的汽车EMC实验室,可支持符合CISPR 25的辐射与传导发射测试,以及基于ISO 11452-4和ISO 11452-7的抗扰度测试。

谈及汽车之外的应用,土桥信裕提到:“人形机器人和智能驾驶在底层技术上有很多共通性。”

人形机器人的控制模块和关节空间有限,需要高密度布板、大容量低ESL电容,以及适应温度变化和振动的IMU。村田将姿态控制、自主导航和运动追踪列为相关感知技术的应用方向;围绕关节模组和灵巧手,还布局了力与力矩感知、电机驱动相关元器件等方向。无线模块、电源模块与静噪元件,也各有对应的应用位置。

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采用村田技术的Melt Interface公司的手部追踪手套ContactGlove3 Pro

eVTOL的飞行控制、航电和动力系统,同样需要兼顾轻量化、温度适应能力与可靠性。车规陶瓷电容、高温静噪滤波器、高速共模扼流圈和功率电感,可以为供电与传输设计提供选择,IMU则可用于飞行控制和惯性导航。

不过,车载验证经验需要结合新的工况使用。器件进入机器人关节或飞行控制器后,仍要根据各自的温度、振动、负载和安全目标完成评估。把已经积累的产品能力与具体应用逐项匹配,才能确定哪些方案可以沿用,哪些环节需要重新设计。

总结.

从汽车到机器人和飞行器,电路板上的限制始终具体:空间够不够,供电稳不稳,信号和运动数据能否持续可靠。选型时省下的面积、设计时预留的能力,以及测试中发现的问题,最终都会反映在产品交付后的运行表现上。

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陶瓷电容 村田

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