綜合平衡ADAS應用中的電源要求

Warren Tsai，Jangho Jeon，Chintan Parikh，George Chen

摘要：得益于高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS），汽車駕駛正在變得越來越安全。這些系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)道路上的障礙物時提醒駕駛員、必要時幫助制動、指示盲區(qū)等。為確保正確工作，ADAS應用要求供電電源符合特定精度以及負載瞬態(tài)響應的要求。本文探討確保汽車電池電壓正確調節(jié)所需的條件，以便為惡劣環(huán)境下的ADAS攝像機、傳感器和處理器有效供電。

關鍵詞：ADAS;電源;PMIC;EMI

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(tǒng)性能目標，就需要對電源進行更好的管理。然而，鑒于汽車嘈雜的工作環(huán)境、多個電子子系統(tǒng)，功率限制條件下的綜合平衡電源需求就面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。

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(jié)精度要求（圖1）。為滿足這些嚴格的系統(tǒng)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（EMI）和散熱也是需要解決的關鍵因

2 滿足汽車子系統(tǒng)的電氣和電源需求

管理汽車子系統(tǒng)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(wěn)定電壓。所以穩(wěn)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(tǒng)（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(huán)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(huán)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(tài)基本上發(fā)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(zhí)行動作時，消耗的電流可能達到滿荷狀態(tài)。在這種情況下，開關模式電源的輸出電壓可能發(fā)生瞬間跌落，然后發(fā)生抖動，最后穩(wěn)定在其目標電壓。處理此類負載瞬態(tài)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。

EMI是工程師需要考慮的另一項挑戰(zhàn)。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(tǒng)的性能?，F(xiàn)在的汽車機身內部包含從汽車聯(lián)網系統(tǒng)到安全系統(tǒng)等大量電子子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)全部擁擠在非常狹小的空間內。在外部，從移動電話到發(fā)射塔等所有設備都會發(fā)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(tǒng)不發(fā)射過大EMI，并且能夠承受來自于其他子系統(tǒng)的噪聲（國際無線電干擾特別委員會的CISPR25標準對汽車內傳導和輻射發(fā)射做出了規(guī)定）。

由于解決系統(tǒng)電源需求的選項有限，許多現(xiàn)有系統(tǒng)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(jié)器。但這種方法要求具備專業(yè)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(fā)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(tài)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(tǒng)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PMIC

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(yè)的汽車級電源管理集成電路（PMIC）。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）。

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。

①MAX20014。高效、三路輸出DC—DC轉換器，具有同步3.8V至8.5Vour、750mAboost轉換器、兩路同步1A至3Abuck轉換器、2.2MHz開關頻率和擴頻振蕩器，采用24引腳、4mmx4mmTQFN-EP封裝。該器件用于配合MAX2000336V、3A高壓buck轉換器工作。

②MAX20075/76。36V、600mA/1.2A微型buck轉換器，靜態(tài)電流僅為3.5μA，具有集成高邊和低邊開關，采用3mmx3mm、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，2mmx3mm封裝，為業(yè)界最小的3.2MHz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(fā)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