前言
近年來，隨著汽車事故預防措施和自動駕駛技術的發(fā)展，對支持高等級安全要求(ASIL)的高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的需求也與日俱增。自動駕駛是指由搭載于汽車中的單元代替駕駛員執(zhí)行人類駕駛汽車的四個要素(通過耳朵和眼睛進行“認知”，通過大腦進行“預測”和“判斷”，通過方向盤和油門進行“操作”)的駕駛。要想實現(xiàn)安全的自動駕駛，需要準確的感應和及時的顯示和控制。因此，硬件中攝像頭和傳感器的使用數(shù)量呈增加趨勢，并且為了能夠準確地告知情況，對信息娛樂系統(tǒng)也提出了多功能化要求。
在這種情況下，用于實現(xiàn)安全功能的單元還需要監(jiān)控內部運行狀態(tài)，并注意因單元故障而導致的功能喪失情況。這也需要電子電路來監(jiān)控每個單元內部的運行狀態(tài)，這將使電子電路變得更復雜，使單元和系統(tǒng)設計需要投入的時間變得更長。
市場所需的參考設計
隨著車載單元數(shù)量的增加以及必須通過電子電路實現(xiàn)的功能的增加，ADAS/信息娛樂系統(tǒng)外圍單元的電子電路需要進行以下復雜的設計：
· 隨著攝像頭和傳感器數(shù)量的增加，需要安裝的電子元器件數(shù)量也在增加，需要供給的電源軌也變得越來越復雜，因此需要在成本、尺寸和特性方面進行優(yōu)化組合。
· 由于不能犧牲續(xù)航里程，因此就需要高效率的電源系統(tǒng)。
· 由于除了功能設計之外還存在其他設計元素(例如CISPR25 Class5的噪聲標準)，因此不僅需要設計產品本身，還需要設計整個車載單元。
· 要改進單元和系統(tǒng)的安全功能，就需要能夠監(jiān)控電源軌、檢測電子電路故障并將相應信息傳輸給CPU的功能。
為了滿足此類市場需求，ROHM開發(fā)了滿足單元設計所需設計元素的參考設計，并開始公開設計數(shù)據。
參考設計“REFRPT001”的概要
此次介紹的參考設計“REFRPT001”的概要如下：
· 配備8個系統(tǒng)的電源功能，涵蓋ADAS/信息娛樂功能所需的電源軌。
· 一次(*1)DC/DC轉換器IC采用“BD9P系列”，即使輸入電壓低于設定的輸出電壓(例如電池啟動時)，也可以穩(wěn)定地供電。
· 二次(*1)DC/DC轉換器IC采用“BD9S系列”，該系列產品具有超小型和超高效的特點。
· 電源監(jiān)控IC采用“BD39040MUF-C”，可以監(jiān)控全部8個系統(tǒng)的輸出電壓，并具備IC自我診斷功能，有助于提高功能安全等級。
· 已完成系統(tǒng)級驗證
- 已完成標準電氣特性測試
- 已完成EMC測試(在沒有輸入濾波器的條件下，符合CISPR25 Class5要求)
- 已完成熱測試(分散配置高效率DC/DC轉換器IC，可分散熱量)
· 所使用的IC和分立元器件均符合車載AEC-Q100和AEC-Q101標準。
· 主要IC均支持功能安全“FS supportive(*2)”。
參考設計“REFRPT001”的參考板“REFRPT001-EVK-001”的外觀圖(圖1)和框圖(圖2)如下。假定條件：從2個系統(tǒng)的一次DC/DC轉換器“ BD9P系列”分別分支出4個系統(tǒng)輸出，并為SoC、MCU和CAN設備供電。另外，由于8個系統(tǒng)的輸出電源軌均由電源監(jiān)控IC負責監(jiān)控，因此有助于提高功能安全系統(tǒng)的等級。
圖1. 參考板“REFRPT001-EVK-001”的外觀圖
圖2. 參考設計“REFRPT001”的框圖
接下來是作為評估數(shù)據而公開的EMC測試結果。從測試結果可以看出，即使讓整個參考板運行，在沒有輸入濾波器的情況下，EMC輻射噪聲(天線垂直)(圖3)、輻射噪聲(天線水平)(圖4)和傳導噪聲(圖5)均符合CISPR25 Class5標準。在PCB上還預先預備了用于增加噪聲特性余量的輸入濾波器安裝圖案，因此還可以針對會對整個單元的改進工作具有重大影響的EMC問題采取增加輸入濾波器的措施。
圖3. 輻射噪聲(天線垂直)
圖4.輻射噪聲(天線水平)
圖5.傳導噪聲
全力支持客戶設計的內容和工具
針對參考設計“REFRPT001”，已經在ROHM官網上公開了以下數(shù)據作為支持客戶設計的開發(fā)工具(內容和工具)。
· 參考框圖 / 參考電路圖 / 零部件清單(BOM)
· PCB信息 / Gerber數(shù)據
· 測試報告(電氣特性、EMC特性、熱特性)
· 免費的在線仿真工具(參考設計的部分電路)
· 所搭載產品的SPICE模型
· 所搭載產品的CAD工具用符號&引腳焊盤
· 所搭載產品的熱仿真用熱模型
另外，如上所述，還可以使用ROHM Solution Simulator(*3)對本參考設計的部分電路進行仿真。ROHM Solution Simulator是一款免費的在線仿真工具，由于還提供包括外圍電路在內的標準電路，因此無需準備仿真電路和模型就可以輕松地進行仿真。接下來介紹一個仿真示例。
圖6是2個系統(tǒng)電源樹的仿真示例，該電源樹為電池供電，一次DC/DC轉換器IC“BD9P105”后段配備有二次DC/DC轉換器IC“BD9S201”和LDO“BD00IA5M”。(請點擊這里查看仿真電路。需要注冊“我的羅姆”。)
圖6. 2個系統(tǒng)電源樹的仿真電路(1)
圖7是3個系統(tǒng)電源樹的仿真示例，該電源樹為電池供電，一次DC/DC轉換器IC“BD9P205”后段配備有各種二次DC/DC轉換器IC。(請點擊這里查看仿真電路。需要注冊“我的羅姆”。)
圖7. 3個系統(tǒng)電源樹的仿真電路(2)
將這些參考設計的開發(fā)工具和仿真用于ADAS/信息娛樂系統(tǒng)外圍單元的設計，可以節(jié)省部件選型的麻煩并可切實靠地進行電路驗證，從而可以大大減少單元設計的工時。
融入先進技術的產品，成就ROHM特色參考設計
這次的特色參考設計由凝聚了先進技術和功能的產品打造而成。
· BD9P系列(采用Nano Pulse Control?技術的產品(*4))
- 42V耐壓、車載一次DC/DC轉換器IC系列(表1)
- 具有出色的高速響應性能，可在電池啟動后立即穩(wěn)定供電
- 具有展頻功能，低EMI(低噪聲)
- 支持功能安全“FS supportive”
表1.一次DC/DC轉換器IC“BD9P系列”產品陣容
· BD9S系列
- 車載二次DC/DC轉換器IC系列(表2)
- 搭載有助于提高系統(tǒng)可靠性的輸出電壓監(jiān)控功能，并且可以設置軟啟動時間
- 超高效運行
- 開關頻率2.2MHz(typ.)，不會干擾AM頻段
- 支持功能安全“FS supportive”
表2. 二次DC/DC轉換器IC“BD9S系列”產品陣容
· BD39040MUF-C
- 內置自我診斷功能(BIST)且支持功能安全的電源監(jiān)控IC(圖8)
- 搭載可調看門狗定時器(Window型)以及過電壓監(jiān)測、欠壓監(jiān)測、復位功能
- 搭載自我診斷功能(BIST)，不僅可監(jiān)控系統(tǒng)的電源軌，還可以檢測潛在故障
- 內部基準電壓電路和振蕩電路采用多路復用，故障概率顯著降低
- 支持功能安全“FS supportive”
- 3mm x 3mm小型封裝，可輕松改造系統(tǒng)
圖8. 電源監(jiān)控IC“BD39040MUF-C”的特點
· RBR3LAM60BTF
車載級(符合AEC-Q101)高可靠性，60V肖特基勢壘二極管。在本參考設計中，用作電池輸入端的防回流二極管。為了盡可能地減少二極管正向電壓(Vf)引起的電壓降，采用了Vf很低的RBR系列。
· RV4C020ZPHZG
車載級(符合AEC-Q101)高可靠性，1.5V驅動低導通電阻Pch MOSFET。底部電極封裝，但由于采用安裝可靠性更高的可潤濕側翼形狀，因此安裝后的視認性更好。在本參考設計中，用作將3.3V系統(tǒng)分支的負載開關。
結語
未來ROHM將繼續(xù)開發(fā)先進的產品和協(xié)助將這些產品應用到應用產品中的參考設計，為客戶所開發(fā)的系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能、小型化、降低發(fā)熱量、減少設計工時、提高功能安全等級貢獻力量。ROHM相信，繼續(xù)并持續(xù)地努力將會為汽車社會帶來安全與安心，并為世界各地的人們帶來更加豐富多彩的生活。
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