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      綜合平衡ADAS應用中的電源要求

      作者:Warren Tsai,Jangho Jeon,Chintan Parikh,George Chen時間:2019-02-26來源:電子產品世界收藏

      作者/Warren Tsai,Jangho Jeon,Chintan Parikh,George Chen(Maxim汽車事業部)

      本文引用地址:http://www.dxpaa.com/article/201902/397961.htm

        摘要:得益于高級駕駛輔助系統(),汽車駕駛正在變得越來越安全。這些系統中的攝像機與傳感器、成熟算法和微處理器相結合,可以在發現道路上的障礙物時提醒駕駛員、必要時幫助制動、指示盲區等。為確保正確工作,應用要求供電符合特定精度以及負載瞬態響應的要求。本文探討確保汽車電池電壓正確調節所需的條件,以便為惡劣環境下的攝像機、傳感器和處理器有效供電。

        關鍵詞:ADAS;;;

        1 確保安全駕駛

        ADAS等應用正在推動車載處理能力不斷提升,以運行先進的算法來引導駕駛員更加安全地行駛。當然,隨著處理能力越來越強大,為了符合系統性能目標,就需要對進行更好的管理。然而,鑒于汽車嘈雜的工作環境、多個電子子系統,功率限制條件下的綜合平衡電源需求就面臨嚴峻的挑戰。

        在ADAS模塊、信息娛樂無線音響單元和智能儀表板等快速增長領域,許多汽車工程師通過多個電源軌為各個部件供電,通常具有特定的電壓調節精度要求(圖1)。為滿足這些嚴格的系統要求,能夠提供高精度、高靈活性和小尺寸的汽車電源管理方案就至關重要。熱限制、電磁干擾()和散熱也是需要解決的關鍵因素。

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        2 滿足汽車子系統的電氣和電源需求

        管理汽車子系統的電氣和電源事項需要巧妙的綜合平衡。處理器、存儲器、屏幕及其他部件都需要不同電流水平的穩定電壓。所以穩壓器就必須足以提供這些關鍵電路所需的電源,同時不產生太多的熱量。如果需要多個電源軌,就會有更多電壓和電流尖峰需要管理,事情就會變得非常復雜。汽車中特定的電壓軌都要求特定的電壓精度。例如,為了保證性能,片上系統(SoC)核心通常具有特定的電壓容限。如果電壓超出指標范圍,就無法保證處理器性能。鑒于ADAS應用的安全特性,這顯然是不可接受的。

        接下來,汽車的電氣和熱環境也對此存在影響。汽車中直流電源軌的噪聲較大。當汽車在不同的溫度環境下啟動時,例如冷啟動、熱啟動或拋負載等情況,會存在較大、突然的壓降。此類負載瞬態基本上發生在處理器突然面臨需求增加以及消耗更大電流時。例如,處理器處于待機模式時的功耗只有峰值功耗的大約三分之一。當突然要求處理器執行動作時,消耗的電流可能達到滿荷狀態。在這種情況下,開關模式電源的輸出電壓可能發生瞬間跌落,然后發生抖動,最后穩定在其目標電壓。處理此類負載瞬態響應的關鍵是采用設計良好的電源轉換器來管理輸出電壓擺動,防止擺動超出指標范圍并進而影響處理器性能。

        是工程師需要考慮的另一項挑戰。汽車具有大量來自內部和外部的射頻(RF)噪聲,由此導致的EMI可能會限制各種汽車子系統的性能。現在的汽車機身內部包含從汽車聯網系統到安全系統等大量電子子系統,這些子系統全部擁擠在非常狹小的空間內。在外部,從移動電話到發射塔等所有設備都會發射噪聲,這些噪聲可能會影響汽車性能(圖2)。汽車OEM必須確保電子系統不發射過大EMI,并且能夠承受來自于其他子系統的噪聲(國際無線電干擾特別委員會的CISPR 25標準對汽車內傳導和輻射發射做出了規定)。

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        由于解決系統電源需求的選項有限,許多現有系統針對各個電壓軌分別采用分立式電源方案。例如,有些一流公司針對各個直流電源軌采用一組線性和開關DC-DC調節器。但這種方法要求具備專業的知識,仔細選擇正確的元件,以滿足各個電源軌的要求。如果組合不當,由于混頻原因,可能會發生EMI和干擾問題。有些人選擇在其設計中集成具有更大電容的元件,以抑制負載瞬態引起的電壓紋波,但具有較大電容的汽車級元件非常昂貴。至于EMI,用金屬外殼保護ADAS子系統免受輻射影響可能有效,但要綜合權衡由此增加的成本和重量。另一方面,事實證明擴頻調制能有效抑制EMI。

        3 符合EMI標準的汽車級

        在滿足ADAS性能和電源要求的同時又要符合EMI標準,這就要求專業的汽車級電源管理集成電路()。這些器件的高集成性可有效降低總體方案尺寸。擴頻振蕩器的加入可減輕EMI的影響。在整個溫度和工作電壓范圍內具有高輸出精度,確保器件符合嚴格的SoC核心電壓要求。

        符合汽車安全完整性等級(ASIL)要求可確保功能安全性。

        Maxim豐富多樣的汽車級PMIC可配合任意微處理器或微控制器工作,在滿足電源要求的同時也彌補了高效和小尺寸的需求(如圖3)[1]

        低壓PMIC家族(其中許多器件提供引腳兼容的ASIL-C版本)的最新成員包括如下產品。

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        ①MAX20014。高效、三路輸出DC-DC轉換器,具有同步3.8 V至8.5 VOUT、750 mA boost轉換器、兩路同步1 A至3 A buck轉換器、2.2 MHz開關頻率和擴頻振蕩器,采用24引腳、4 mm x 4 mm TQFN-EP封裝。該器件用于配合MAX20003 36 V、3 A高壓buck轉換器工作。

        ②MAX20075/76。36 V、600 mA/1.2 A微型buck轉換器,靜態電流僅為3.5 μA,具有集成高邊和低邊開關,采用3 mm x 3 mm、12引腳TDFN封裝。

        對于ADAS應用中的攝像機,Maxim也提供如下新型攝像機保護PMIC。

        ①MAX20087。ASIL-B/D級四/雙路攝像機電源保護器IC,具有高邊限流,以保護各個攝像機模塊。

        ②MAX20019。雙路同步buck轉換器,2 mm x 3 mm封裝,為業界最小的3.2 MHz雙通道降壓型電源。

        4 結論

        攝像機、傳感器、微處理器以及其他用于ADAS應用的底層元件在下一代汽車中將越來越普及,對精確管理供電電源的要求也會越來越嚴格。汽車級PMIC綜合平衡電源需求和功率約束,同時滿足小尺寸方案要求,對確保安全功能的正常工作發揮著重要作用。

        參考文獻

        [1]Maxim適用于ADAS應用的電源管理技術[R/OL].www.maximintegrated.com/adas

        作者簡介:

        四位作者均來自Maxim汽車事業部。

        Warren Tsai,總監。

        Jangho Jeon,資深業務經理。

        Chintan Parikh,執行業務經理。

        George Chen,業務經理。

      本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第3期第24頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處



      關鍵詞: ADAS 電源 PMIC EMI 201903

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