背景信息

無論是人們在路上行駛時不再如預(yù)想般負(fù)責(zé)任，還是今天路上的潛在危險更多，高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 都是必要的，可幫助我們應(yīng)對這一切!我仍然記得，1960 年代我還是個孩子的時候，坐在甚至沒有安全帶的車中!之后，上世紀(jì) 70 年代中期，我開始學(xué)習(xí)開車時，車中的標(biāo)準(zhǔn)配置通常包括方向盤、車輛運行控制、轉(zhuǎn)向信號指示燈、后視鏡、儀表板和停車制動器。至于駕駛汽車時如何了解周圍發(fā)生的情況，駕駛員要通過眼睛和耳朵獲得信息。此外，駕駛員積累的駕駛經(jīng)驗使他/她能夠預(yù)測，在交通條件不斷變化導(dǎo)致的大量不同情形下，可能發(fā)生什么情況。

當(dāng)然，人們可能會說，那時是個“簡單”得多的時代，車輛比現(xiàn)在少，相應(yīng)地，公路和高速公路上駕駛員也比現(xiàn)在少。讓我們快進(jìn)到 2016 年，現(xiàn)在全世界在路上行駛的汽車超過 12 億輛，人們可能開始理解，為什么有必要在汽車中裝入可輔助駕駛員了解周圍所發(fā)生情況的系統(tǒng)。例如，根據(jù)世界衛(wèi)生組織和世界銀行提供的數(shù)據(jù)，每年全球發(fā)生的交通事故導(dǎo)致 120 萬人喪生。可能更加嚇人的是，到 2020 年，這一數(shù)字的上升幅度預(yù)計將達(dá)到 65%。那么這些交通事故的主要原因是什么? 不過在談及這些原因之前，我認(rèn)為再多了解一些有關(guān)交通事故的背景信息是重要的。例如，你知道第一起交通事故致死事件發(fā)生在 1896 年的倫敦嗎? 自此以后，全世界超過 2500 萬人死于交通事故 (數(shù)據(jù)來源：世界衛(wèi)生組織)。也許這里最具諷刺意味的是，正是車輛駕駛員自己才是交通事故的主要原因!交通事故的 6 個主要原因按風(fēng)險度由高到低排列如下：

1. 駕駛員注意力分散。這個原因中包括：扭頭觀望;看風(fēng)景、乘客或孩子;調(diào)節(jié)音頻系統(tǒng);看地圖、書籍或其他文件。

2. 疲勞駕駛。在美國每年發(fā)生的交通事故中，超過 10 萬的意外是由昏昏欲睡的駕駛員所引起的 (數(shù)據(jù)來源：美國國家交通安全管理局)。

3. 醉駕。

4. 超速。這個原因帶來了多重威脅，因為超速不僅減少了躲避撞車所需的時間，還增大了撞車風(fēng)險，而且如果導(dǎo)致撞車，后果會更加嚴(yán)重。

5. 攻擊性駕駛。這包括諸如以下各種行為：緊緊跟著另一輛車行駛;由于被其他駕駛員惹惱而用閃爍的燈光報復(fù);攻擊性或粗魯?shù)氖謩?言語攻擊;行動攻擊;不按交通燈指示行駛;以不安全的方式頻繁更換車道。

6. 天氣不好。

因此，如果 ADAS 是有必要的，可幫助駕駛員避免事故或降低引起事故的可能性，那么這類系統(tǒng)是什么樣子的? 增長潛力又如何呢?

ADAS 市場及增長

到 2020 年，預(yù)計 ADAS 市場將達(dá)到 600 億美元 (數(shù)據(jù)來源：Allied Market Research 公司)，這也許令人吃驚。這表明，從 2014 年到 2020 年，年復(fù)合增長率將達(dá)到 22.8%。這可不是個可以輕易摒棄的市場!

那么，ADAS 是做什么的呢? 好，首先，這種系統(tǒng)方便了安全駕駛，系統(tǒng)如果檢測到來自周圍物體的風(fēng)險，那么無論是什么樣的風(fēng)險，都會向駕駛員發(fā)送警報。在這 10 年的后 5 年中，ADAS 是汽車發(fā)展的主要趨勢之一。這類系統(tǒng)一般提供一些動態(tài)功能，例如自適應(yīng)巡航控制、盲點檢測、車道偏離警報、睡意監(jiān)視、夜視以及更多功能。因此，正是消費者越來越重視安全性、要求舒適駕駛以及政府安全法規(guī)不斷增加這些因素，刺激了汽車中 ADAS 的增長。不過，這種增長一定會給行業(yè)帶來挑戰(zhàn)，其中包括價格壓力、通貨膨脹以及測試這類系統(tǒng)時的復(fù)雜性和困難。

歐洲是最具創(chuàng)新性的汽車市場之一，因此，毫不奇怪，ADAS 在歐洲已經(jīng)大量進(jìn)入市場，歐洲客戶大量采用了這類系統(tǒng)。不過，美國和日本的汽車制造商并未落后很多。法雷奧、博世、大陸集團(tuán)、奧迪、福特汽車、通用汽車公司和日本電裝公司都是關(guān)鍵的 ADAS 廠商。

當(dāng)然，這些系統(tǒng)“心照不宣”的終極目標(biāo)是，實現(xiàn)車輛的完全自主行駛，即不一定需要駕駛員來操作!

ADAS 中的 IC

大多數(shù) ADAS 系統(tǒng)的核心是某種微處理器，這種處理器處理來自車內(nèi)各種傳感器的所有輸入信息，然后再對這些信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以方便呈現(xiàn)給駕駛員，并使駕駛員能夠方便地觀看和理解。此外，ADAS 系統(tǒng)通常直接由車輛的主電池供電，主電池的標(biāo)稱電壓為 9V 至 18V，但是可能由于系統(tǒng)內(nèi)的電壓瞬態(tài)而高達(dá) 42V，而且在冷車發(fā)動時還有可能低至 3.5V。因此，很顯然的是，所要使用的任何 DC/DC 轉(zhuǎn)換器都必須能夠應(yīng)對 3.5V 至 42V 寬輸入電壓范圍。

很多 ADAS 系統(tǒng)都需要 5V 和 3.3V 電源軌，以給各種模擬和數(shù)字 IC 組件供電。然而，處理器 I/O 和內(nèi)核電壓卻在低于 2V 的范圍內(nèi)。此外，還必須考慮一些空間和熱量因素。盡管使用一個高壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器提供 5V 和 3.3V 軌是常見做法，但是用這種轉(zhuǎn)換器提供低于 2V 的軌不總是切合實際的，因為使用多個單輸出轉(zhuǎn)換器導(dǎo)致解決方案尺寸過大，而且還有潛在的熱量限制。一種更加適合的解決方案是，采用具備多個輸出的單個 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。

正是因為上述限制，凌力爾特開發(fā)了 4 輸出單片同步降壓型轉(zhuǎn)換器 LT8602。該器件 3V 至 42V 的輸入電壓范圍使其非常適合包括 ADAS 在內(nèi)的汽車應(yīng)用，這類應(yīng)用在最低輸入電壓低至 3V 的冷車發(fā)動和停啟情況下、以及在超過 40V 的負(fù)載突降瞬態(tài)情況下必須保持穩(wěn)定。正如在圖 1 中所看到的那樣，該器件的 4 通道設(shè)計提供兩個高壓 2.5A 和 1.5A 通道以及兩個較低電壓的 1.8A 通道，以提供 4 個獨立的輸出，并提供低至 0.8V 的電壓，從而使該器件能夠驅(qū)動目前電壓最低的微處理器內(nèi)核。該器件的同步整流拓?fù)涮峁└哌_(dá) 94% 的效率，同時突發(fā)模式 (Burst Mode^®) 運行在無負(fù)載備用情況下保持靜態(tài)電流低于 30µA (所有通道都接通)，從而使該器件非常適合始終保持接通系統(tǒng)。

圖 1：LT8602 原理圖，提供 5V、3.3V、1.8V 和 1.2V 輸出

就噪聲敏感型應(yīng)用而言，LT8602 使用小型外部濾波器以后，可利用其脈沖跳躍模式以最大限度降低開關(guān)噪聲，并可滿足 CISPR25 Class 5 EMI 要求，如圖 2 所示。

圖 2：LT8602 超過了 CISPR 25 Class 5 輻射要求

LT8602 的開關(guān)頻率可以在 250kHz 至 2MHz 范圍內(nèi)設(shè)定，并可在這個范圍內(nèi)同步。其 60ns 最短接通時間允許在高壓通道上以 2MHz 開關(guān)頻率進(jìn)行 16V_IN 至 2.0V_OUT 的降壓轉(zhuǎn)換。因為高壓 V_OUT2 通道向兩個低壓通道 (V_OUT3 和 V_OUT4) 饋送信號，所以這些低壓通道可提供低至 0.8V 的輸出，同時以 2MHz 頻率切換，從而構(gòu)成一個非常緊湊的 (約 25mm x 25mm) 四輸出解決方案，如圖 3 所示。

圖 3：LT8602 四輸出解決方案占板面積

除了最大限度減小解決方案占板面積，LT8602 的 2MHz 開關(guān)頻率還使設(shè)計師能夠避開關(guān)鍵的噪聲敏感頻段，例如 AM 收音機(jī)頻段。在所有情況下，LT8602 的每個通道都保持僅為 200mV (@1A) 的最低壓差電壓，從而使該器件能夠在汽車?yán)滠嚢l(fā)動等情況下表現(xiàn)出色�？删幊躺想姀�(fù)位和每個通道的電源良好指示器幫助確保系統(tǒng)的整體可靠性。LT8602 的 40 引線耐熱增強(qiáng)型 6mm x 6mm QFN 封裝和高開關(guān)頻率允許使用很小的外部電感器和電容器，從而可構(gòu)成占板面積緊湊和高熱效率的解決方案。此外，獨特的設(shè)計方法和新的高速工藝使該器件在寬輸入電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)了高效率，而且 LT8602 的電流模式拓?fù)鋵崿F(xiàn)了快速瞬態(tài)響應(yīng)和卓越的環(huán)路穩(wěn)定性。

結(jié)論

對駕駛員而言，好消息是，汽車中的 ADAS 系統(tǒng)將繼續(xù)增加，以實現(xiàn)更安全、更舒適的駕駛體驗，并使駕駛員更容易意識到周圍發(fā)生的情況。同時，設(shè)計 ADAS 系統(tǒng)的工程師正在獲得更加緊湊、效率更高的電源轉(zhuǎn)換器，從而可提供既具成本效益又可節(jié)省空間的解決方案。