汽車信息娛樂系統(tǒng)需要靈活和可配置的多輸出電源 IC
背景信息
汽車信息娛樂系統(tǒng)日益流行，持續(xù)激增�，F(xiàn)代技術(shù)進步，例如衛(wèi)星廣播、觸摸屏、導航系統(tǒng)、藍牙、高清電視、集成式手機、媒體播放器和視頻游戲系統(tǒng)，都提升了駕駛體驗。全球每年生產(chǎn)超過 5000 萬量汽車，其中大部分都有某些類型的集成式信息娛樂系統(tǒng)。從電源角度來看，基本的信息娛樂控制臺可能需要幾個低壓電源軌，總電流達到幾安培，而一流的控制臺可能需要更多電源軌。傳統(tǒng)上，這些電壓軌和電流由很多分立式電源穩(wěn)壓器 IC 或者大型和過度集成的電源管理集成電路 (PMIC) 提供。不過，這類大型 PMIC 提供的電壓軌常常多于所需，占用面積很大，而且對某些軌的供電常常不足。因此，需要能提供解決方案占板面積很小的多輸出 IC，而且這類 IC 要提供很多可配置和供電適度的電壓軌。此外，如果這類 IC 能以各種不同的方式配置，以適應在開發(fā)過程中可能出現(xiàn)的電源要求的變化，就會有更大的優(yōu)勢。由于創(chuàng)新性電路設計，這類 IC 現(xiàn)在已經(jīng)變成現(xiàn)實了。
信息娛樂系統(tǒng)的電源設計挑戰(zhàn)
汽車應用的電子系統(tǒng)設計富有挑戰(zhàn)性，這有很多原因：空間高度受限，工作溫度范圍必須很寬，必須最大限度地降低噪聲，必須容許電池瞬態(tài)，質(zhì)量必須很高。既然集成度必須很高，那么就需要高效節(jié)能的組件。今天的汽車儀表板上有各種電子系統(tǒng)，相當擁擠，再加上很高的環(huán)境工作溫度，所以溫度監(jiān)視成了關鍵要求，尤其是涉及電源管理組件的工作溫度時。如果能向系統(tǒng)控制器報警，通知控制器發(fā)生了過熱情況，就可以通過軟件關閉少量電路功能，或者降低處理器性能以及顯示器、網(wǎng)絡通信等其他大功率組件的性能，以此減輕過熱問題。
今天的汽車儀表板常常擠滿了大量噪聲源和溫度敏感源，例如無線電、藍牙、GPS 和基于手機的網(wǎng)絡連接。因此，至關重要的是，這個環(huán)境中的所有電路 (包括電源) 都不能產(chǎn)生過多的熱量或 EMI。在很多情況下，都有嚴格的電磁兼容性 (EMC) 要求，其中涵蓋了輻射與傳導噪聲、抗輻射與傳導性或輻射與傳導敏感性以及靜電放電 (ESD)。在一個可能的 PMIC 設計中，要符合所有這些要求，就會牽涉很多性能問題。有些要求是簡單易懂的，例如要求 DC-DC 開關穩(wěn)壓器以 AM 無線電頻段以外的固定頻率工作。然而，還有一些要求難以滿足，例如調(diào)節(jié)內(nèi)部功率 FET 的轉(zhuǎn)換率，以最大限度地降低 DC-DC 轉(zhuǎn)換器開關節(jié)點轉(zhuǎn)換引起的輻射噪聲。
此外，今天很多嵌入式系統(tǒng)和先進的處理器在電源啟動和加到各種不同的電路上時，都要求受控和精心設計的排序。排序方法要簡單并能為系統(tǒng)提供靈活性，這樣才不僅能使系統(tǒng)設計更容易，而且能確保系統(tǒng)可靠性，并允許單個 PMIC 滿足更多的系統(tǒng)要求，而不僅是特定處理器的要求。
“功能蔓延”指的是即產(chǎn)品規(guī)格 (例如：輸入和輸出電壓以及輸出電流等) 隨著開發(fā)周期的推進而發(fā)生的變化，這會嚴重破壞 IC 及相關分立組件的選擇。當電路板布局確定后，要改變系統(tǒng)的性能規(guī)格時，在最好的情況下，也許通過更換可調(diào)輸出轉(zhuǎn)換器上的幾個電阻器，就可以微調(diào)電壓了。在最壞情況下，因為新的輸出電流要求超過了已采用 IC 的開關電流額定值，也許需要用管腳引出線不兼容的 IC 替換幾個 IC。由于電路板的重新設計和重新布局，這將大量導致成本增加及時間延遲。因此需要高度專業(yè)化、高性能、可配置的電源管理 IC，以恰當管理電源系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的所有性能優(yōu)勢都得以實現(xiàn)，并為不可避免的電源系統(tǒng)更改提供靈活性。直到現(xiàn)在為止，還沒有單個 IC 能完成這種任務。
總之，汽車信息娛樂系統(tǒng)設計師面臨的主要 IC 設計挑戰(zhàn)包括以下各項：
在項目開發(fā)階段更改設計要求 (電壓和電流值)
很多系統(tǒng)需要大量 <5V 的軌
在開發(fā)工作結(jié)束之前，每個軌的電流要求常常是未知的 (例如，F(xiàn)PGA 有不受軟件影響的 ICC)
每次修改之后，類似應用在 DC/DC 電流要求上可能有很大差別
符合 ISO26262 規(guī)范要求，該規(guī)范旨在降低與軟件有關的風險，以在汽車中實現(xiàn)安全功能
平衡功耗和多個開關穩(wěn)壓器的高集成度
抵抗從瞬態(tài)到冷車發(fā)動情況的各種嚴酷電壓變化
監(jiān)視電源 IC 芯片溫度
最大限度地減小解決方案尺寸和占板面積
最大限度地降低 EMI 和噪聲輻射
一種簡單的解決方案
過去，多種多輸出 PMIC 不具備應對這類新式系統(tǒng)的靈活性。上面概述了要滿足汽車電源管理 IC 設計限制的任何解決方案都必須：集成度很高;包括具備低壓能力、提供中等電流的降壓型開關穩(wěn)壓器;有很寬的工作溫度范圍;有很高的靈活性。設計師所需要的是多通道、可配置 DC/DC 轉(zhuǎn)換器以應對所有這些問題，采用單個器件提供高集成度和可配置性，同時滿足大量應用需求。
靈活的 8 通道降壓型穩(wěn)壓器
LTC3375 是一款高集成度、通用電源管理解決方案，適用于需要多個低壓電源的系統(tǒng)。該器件采用緊湊的 QFN 封裝，提供 8 個獨立的 1A 通道，具備 I2C 控制、靈活的排序和故障監(jiān)視。LTC3375 含有 8 個內(nèi)部補償?shù)母咝释浇祲盒头�(wěn)壓器和一個高壓、始終保持接通的線性控制器。每個降壓型穩(wěn)壓器都有自己獨立的 2.25V 至 5.5V 輸入電源和 0.425V 至 VIN 的輸出電壓范圍。該器件的按鈕 ON/OFF/RESET 控制、電源接通復位和看門狗定時器提供靈活和可靠的上電排序及系統(tǒng)監(jiān)視。LTC3375 具有一個可編程、可同步的 1MHz 至 3MHz 振蕩器，缺省開關頻率為 2MHz。所有 DC/DC 斷開時，靜態(tài)電流僅為 11µA，從而降低了始終保持接通系統(tǒng)的功率。該器件非常適用于多種多通道應用，包括工業(yè)、汽車和通信系統(tǒng)。
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LT3094: 在 1MHz 具 0.8μVRMS 噪聲的負 LDO
LT3094 是一款高性能低壓差負線性穩(wěn)壓器，其具有 ADI 的超低噪聲和超高 PSRR 架構(gòu)，適合為噪聲敏感型應用供電。該器件可通過并聯(lián)以增加輸出電流和在 PCB 上散播熱量。
LTM8002：高效率、超低 EMI 降壓型電源 μModule
LTM8002 是一款 40VIN、2.5A 降壓型μModule® 穩(wěn)壓器。它內(nèi)置了開關控制器、電源開關、電感器和所有的支持性組件。該器件支持 3.4V 至 40V 的輸入電壓范圍，和 0.97V 至 18V 的輸出電壓。
具電源系統(tǒng)管理功能的超薄型 μModule 穩(wěn)壓器
LTM4686 是一款雙通道 10A 或單通道 20A 超薄型降壓 μModule 穩(wěn)壓器。該器件1.82mm 的高度使之可放置到非�？拷撦d (FPGA 或 ASIC) 的地方，從而共用一個散熱器。其 PMBus 接口使用戶能改變主要的電源參數(shù)。
