作者：Nazzareno (Reno) Rossetti, Ph.D. EE 和 Warren Tsai，Maxim Integrated 的業(yè)務(wù)管理總監(jiān)

高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 是汽車電子領(lǐng)域增長(zhǎng)最快的部分之一。智能汽車裝有 ADAS 電子控制單元 (ECU)，每個(gè)都從汽車電池獲取電力。每個(gè) ECU 都支持特定的汽車功能，并擁有自己的專用電源管理。由于具有如此高的可變性，對(duì) ECU 的電源管理實(shí)施使用離散方法似乎是唯一的選擇——也就是說(shuō)，每個(gè)構(gòu)建塊使用一個(gè) ad hoc IC，例如在圖 2所示的典型系統(tǒng)中。

然而，這種方法與這些無(wú)處不在的設(shè)備的另一個(gè)重要要求不兼容——特別是小尺寸。本文回顧了三種截然不同的 ECU 應(yīng)用，并表明即使需要多個(gè)構(gòu)建塊，定制的集成電源管理方法也可以輕松解決這一難題。

智能汽車

智能、自動(dòng)或半自動(dòng)汽車中的傳感設(shè)備結(jié)合了毫米波雷達(dá)、微米波激光雷達(dá)和納米波相機(jī)。當(dāng)跟蹤車前的另一輛車時(shí)，攝像頭用于查找和定位前車，而雷達(dá)測(cè)量距離。然后使用該信息來(lái)決定是否需要減速或制動(dòng)車輛。在更復(fù)雜的系統(tǒng)中，距離是用雷達(dá)和激光雷達(dá)測(cè)量的。與激光雷達(dá)和雷達(dá)不同，攝像機(jī)可以看到顏色，使其成為場(chǎng)景解釋的最佳選擇。

當(dāng)今的 ADAS 雷達(dá)電源解決方案

汽車中每個(gè)符合 ADAS 標(biāo)準(zhǔn)的子系統(tǒng)，無(wú)論是雷達(dá)、激光雷達(dá)還是攝像頭模塊，都采用了許多穩(wěn)壓器、監(jiān)視器和看門狗 IC 以確保正常運(yùn)行。圖 2中的分立 ADAS 雷達(dá)系統(tǒng)顯示了六種不同的 IC，它們?yōu)槔走_(dá)模塊核心的單片微波 IC (MMIC) 實(shí)施電源管理系統(tǒng)。

圖 2：離散 ADAS 雷達(dá)電源管理 ECU。

通常，整個(gè)模塊必須安裝在不大于 50 × 50 mm 的 PC 板 (PCB) 上，因此很難容納所有必要的組件。圖 2中的非集成解決方案既占用空間又昂貴。

另一個(gè)問(wèn)題是，正常運(yùn)行要求電池在低于 6V 時(shí)放電（5V 輸出加上 1V 高壓 [HV] 降壓轉(zhuǎn)換器的裕量）。因此，對(duì)于要求工作電壓低至 4 V 的冷啟動(dòng)規(guī)范，該方案需要一個(gè)額外的預(yù)升壓轉(zhuǎn)換器 IC。據(jù)估計(jì)，離散實(shí)施可能需要 1,250 mm 2的電源管理總解決方案面積，或可用空間的一半。

另一方面，單個(gè)電源管理 IC 會(huì)使所有模塊都受到電池電壓變化的影響。此外，過(guò)高的集成度可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的 PMIC，它太大而無(wú)法放置在方形 PCB 的可用壁龕中，其中大部分空間都被信號(hào)鏈占用。確實(shí)，對(duì)集成分區(qū)做出正確的決定至關(guān)重要。

理想的ADAS雷達(dá)電源解決方案

理想的解決方案應(yīng)在最低電池電壓的輸入電壓下運(yùn)行，同時(shí)承受負(fù)載“突降”。圖 3顯示了圖 2中的六個(gè)芯片，它們減少到兩個(gè)。HV 降壓轉(zhuǎn)換器可承受負(fù)載突降并將電池電壓降至 3.3 V，從而允許在其輸出附近（遠(yuǎn)低于 6 V）進(jìn)行冷啟動(dòng)操作。高密度、低電壓 PMIC 集成了后端穩(wěn)壓器。通過(guò)這種劃分，可以方便地將所需區(qū)域分成兩塊，一塊用于前端降壓轉(zhuǎn)換器 (HV BUCK)，另一塊用于 PMIC，從而可以輕松地將電源管理解決方案“包裹”在信號(hào)鏈電路周圍。

圖 3：ADAS 雷達(dá) PMIC。

適合這種ADAS雷達(dá)應(yīng)用的小型PMIC是TheMAX 20014，它提供三個(gè)高效、低電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出。VOUT1在高達(dá)500 mA時(shí)將輸入電源提升至8.5 V，而兩個(gè)同步降壓轉(zhuǎn)換器在3.0-V至5.5-V輸入電壓范圍內(nèi)工作，并提供0.8-V至3.8-V輸出電壓范圍，最高可達(dá)3 a。

高壓降壓電路，如Max20075（600 mA/1.2 A），與電池連接。該設(shè)備的2.5-A版本（MAX20077）也可用。

在該實(shí)施方案中，ADAS雷達(dá)功率管理總解決方案面積估計(jì)為750 mm2，約為可用面積的三分之一（非集成解決方案為一半）。IC的其他引腳兼容版本可以支持不同的系統(tǒng)要求。

理想的ADAS相機(jī)電源解決方案

先前的分區(qū)解決方案可以復(fù)制用于汽車攝像頭ECU。圖4顯示了ECU內(nèi)部的PMIC，僅由8.5伏升壓轉(zhuǎn)換器和1.8伏降壓轉(zhuǎn)換器組成。1.8V導(dǎo)軌為微處理器供電。8.5V導(dǎo)軌通過(guò)同軸電纜布線，為遠(yuǎn)程攝像機(jī)供電。

圖4：攝像頭ECU內(nèi)的電源PMIC。

為ADAS攝像頭ECU應(yīng)用量身定制的PMIC是theMAX20414，它集成了一個(gè)同步升壓和一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器。總?cè)芤好娣e（PMIC+HV降壓）估計(jì)約為550mm2。

理想的儀表盤ECU電源解決方案

儀表盤MCU處理儀表板儀表顯示的信息。在圖5中，SoC微控制器需要兩個(gè)電源，1.1V為其核心供電，1.8V為外圍供電。這里，一個(gè)雙降壓PMIC，如MAX20416，具有雙輸出、低壓降壓轉(zhuǎn)換器，適合ADAS微處理器核心和外圍電源應(yīng)用?？?cè)芤好娣e（PMIC+HV降壓）估計(jì)約為560mm2。

圖5：儀表盤PMIC。

在每種情況下，通過(guò)量身定制的方法，實(shí)現(xiàn)了將解決方案與負(fù)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)容限的高壓前端降壓轉(zhuǎn)換器相匹配所需的PMIC集成水平。這導(dǎo)致了成本和PCB面積方面的效率。

這些集成電路在ADAS應(yīng)用中必須滿足的其他要求包括：符合汽車標(biāo)準(zhǔn)、在高頻下工作以避免AM無(wú)線電頻帶噪聲干擾的能力、滿足SoC電源要求的±1.5%精度的輸出電壓、低EMI發(fā)射的擴(kuò)頻以及集成過(guò)電壓和欠電壓監(jiān)測(cè)功能。

結(jié)論

我們回顧了三種非常不同的汽車ADAS和ECU應(yīng)用。在每種情況下，都提出了一種量身定制的整合方法。每個(gè)系統(tǒng)被劃分為高壓前端IC和低壓后端PMIC。整個(gè)電源管理系統(tǒng)減少到兩個(gè)IC，通過(guò)將其“包裹”在信號(hào)鏈電路上，其復(fù)雜程度足以適應(yīng)ADAS應(yīng)用所需的有限板空間。

關(guān)于作者

Nazzareno（Reno）Rossetti，Maxim Integrated的EE博士，是一位經(jīng)驗(yàn)豐富的模擬和電源管理專業(yè)人士，是一名出版作家，擁有該領(lǐng)域的多項(xiàng)專利。他擁有意大利都靈理工大學(xué)電氣工程博士學(xué)位。

Warren Tsai 是 Maxim Integrated 的業(yè)務(wù)管理總監(jiān)。他擁有電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)士學(xué)位以及加州大學(xué)伯克利分校的 MBA 學(xué)位。他在職業(yè)生涯中擔(dān)任過(guò)各種設(shè)計(jì)工程、應(yīng)用工程和產(chǎn)品管理職責(zé)，他的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)管理 Maxim 的所有汽車電源解決方案。

審核編輯 黃昊宇