前言

近年來(lái)，隨著汽車(chē)事故預(yù)防措施和自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，對(duì)支持高等級(jí)安全要求(ASIL)的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的需求也與日俱增。自動(dòng)駕駛是指由搭載于汽車(chē)中的單元代替駕駛員執(zhí)行人類(lèi)駕駛汽車(chē)的四個(gè)要素(通過(guò)耳朵和眼睛進(jìn)行“認(rèn)知”，通過(guò)大腦進(jìn)行“預(yù)測(cè)”和“判斷”，通過(guò)方向盤(pán)和油門(mén)進(jìn)行“操作”)的駕駛。要想實(shí)現(xiàn)安全的自動(dòng)駕駛，需要準(zhǔn)確的感應(yīng)和及時(shí)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(shì)，并且為了能夠準(zhǔn)確地告知情況，對(duì)信息娛樂(lè)系統(tǒng)也提出了多功能化要求。

在這種情況下，用于實(shí)現(xiàn)安全功能的單元還需要監(jiān)控內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)，并注意因單元故障而導(dǎo)致的功能喪失情況。這也需要電子電路來(lái)監(jiān)控每個(gè)單元內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)，這將使電子電路變得更復(fù)雜，使單元和系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要投入的時(shí)間變得更長(zhǎng)。

市場(chǎng)所需的參考設(shè)計(jì)

隨著車(chē)載單元數(shù)量的增加以及必須通過(guò)電子電路實(shí)現(xiàn)的功能的增加，ADAS/信息娛樂(lè)系統(tǒng)外圍單元的電子電路需要進(jìn)行以下復(fù)雜的設(shè)計(jì)：

· 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(lái)越復(fù)雜，因此需要在成本、尺寸和特性方面進(jìn)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(shè)計(jì)之外還存在其他設(shè)計(jì)元素(例如CISPR25 Class5的噪聲標(biāo)準(zhǔn))，因此不僅需要設(shè)計(jì)產(chǎn)品本身，還需要設(shè)計(jì)整個(gè)車(chē)載單元。

· 要改進(jìn)單元和系統(tǒng)的安全功能，就需要能夠監(jiān)控電源軌、檢測(cè)電子電路故障并將相應(yīng)信息傳輸給CPU的功能。

為了滿足此類(lèi)市場(chǎng)需求，ROHM開(kāi)發(fā)了滿足單元設(shè)計(jì)所需設(shè)計(jì)元素的參考設(shè)計(jì)，并開(kāi)始公開(kāi)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

參考設(shè)計(jì)“REFRPT001”的概要

此次介紹的參考設(shè)計(jì)“REFRPT001”的概要如下：

· 配備8個(gè)系統(tǒng)的電源功能，涵蓋ADAS/信息娛樂(lè)功能所需的電源軌。

· 一次(*1)DC/DC轉(zhuǎn)換器IC采用“BD9P系列”，即使輸入電壓低于設(shè)定的輸出電壓(例如電池啟動(dòng)時(shí))，也可以穩(wěn)定地供電。

· 二次(*1)DC/DC轉(zhuǎn)換器IC采用“BD9S系列”，該系列產(chǎn)品具有超小型和超高效的特點(diǎn)。

· 電源監(jiān)控IC采用“BD39040MUF-C”，可以監(jiān)控全部8個(gè)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(jí)。

· 已完成系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證

- 已完成標(biāo)準(zhǔn)電氣特性測(cè)試

- 已完成EMC測(cè)試(在沒(méi)有輸入濾波器的條件下，符合CISPR25 Class5要求)

- 已完成熱測(cè)試(分散配置高效率DC/DC轉(zhuǎn)換器IC，可分散熱量)

· 所使用的IC和分立元器件均符合車(chē)載AEC-Q100和AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)。

· 主要IC均支持功能安全“FS supportive(*2)”。

參考設(shè)計(jì)“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(gè)系統(tǒng)的一次DC/DC轉(zhuǎn)換器“ BD9P系列”分別分支出4個(gè)系統(tǒng)輸出，并為SoC、MCU和CAN設(shè)備供電。另外，由于8個(gè)系統(tǒng)的輸出電源軌均由電源監(jiān)控IC負(fù)責(zé)監(jiān)控，因此有助于提高功能安全系統(tǒng)的等級(jí)。

圖1. 參考板“REFRPT001-EVK-001”的外觀圖

圖2. 參考設(shè)計(jì)“REFRPT001”的框圖

接下來(lái)是作為評(píng)估數(shù)據(jù)而公開(kāi)的EMC測(cè)試結(jié)果。從測(cè)試結(jié)果可以看出，即使讓整個(gè)參考板運(yùn)行，在沒(méi)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(dǎo)噪聲(圖5)均符合CISPR25 Class5標(biāo)準(zhǔn)。在PCB上還預(yù)先預(yù)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(duì)會(huì)對(duì)整個(gè)單元的改進(jìn)工作具有重大影響的EMC問(wèn)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(dǎo)噪聲

全力支持客戶(hù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和工具

針對(duì)參考設(shè)計(jì)“REFRPT001”，已經(jīng)在ROHM官網(wǎng)上公開(kāi)了以下數(shù)據(jù)作為支持客戶(hù)設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)工具(內(nèi)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(jù)

· 測(cè)試報(bào)告(電氣特性、EMC特性、熱特性)

· 免費(fèi)的在線仿真工具(參考設(shè)計(jì)的部分電路)

· 所搭載產(chǎn)品的SPICE模型

· 所搭載產(chǎn)品的CAD工具用符號(hào)&引腳焊盤(pán)

· 所搭載產(chǎn)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(duì)本參考設(shè)計(jì)的部分電路進(jìn)行仿真。ROHM Solution Simulator是一款免費(fèi)的在線仿真工具，由于還提供包括外圍電路在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電路，因此無(wú)需準(zhǔn)備仿真電路和模型就可以輕松地進(jìn)行仿真。接下來(lái)介紹一個(gè)仿真示例。

圖6是2個(gè)系統(tǒng)電源樹(shù)的仿真示例，該電源樹(shù)為電池供電，一次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC“BD9P105”后段配備有二次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC“BD9S201”和LDO“BD00IA5M”。(請(qǐng)點(diǎn)擊這里查看仿真電路。需要注冊(cè)“我的羅姆”。)

圖6. 2個(gè)系統(tǒng)電源樹(shù)的仿真電路(1)

圖7是3個(gè)系統(tǒng)電源樹(shù)的仿真示例，該電源樹(shù)為電池供電，一次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC“BD9P205”后段配備有各種二次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC。(請(qǐng)點(diǎn)擊這里查看仿真電路。需要注冊(cè)“我的羅姆”。)

圖7. 3個(gè)系統(tǒng)電源樹(shù)的仿真電路(2)

將這些參考設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)工具和仿真用于ADAS/信息娛樂(lè)系統(tǒng)外圍單元的設(shè)計(jì)，可以節(jié)省部件選型的麻煩并可切實(shí)靠地進(jìn)行電路驗(yàn)證，從而可以大大減少單元設(shè)計(jì)的工時(shí)。

融入先進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)品，成就ROHM特色參考設(shè)計(jì)

這次的特色參考設(shè)計(jì)由凝聚了先進(jìn)技術(shù)和功能的產(chǎn)品打造而成。

· BD9P系列(采用Nano Pulse Control?技術(shù)的產(chǎn)品(*4))

- 42V耐壓、車(chē)載一次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC系列(表1)

- 具有出色的高速響應(yīng)性能，可在電池啟動(dòng)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(zhuǎn)換器IC“BD9P系列”產(chǎn)品陣容

· BD9S系列

- 車(chē)載二次DC/DC轉(zhuǎn)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(shè)置軟啟動(dòng)時(shí)間

- 超高效運(yùn)行

- 開(kāi)關(guān)頻率2.2MHz(typ.)，不會(huì)干擾AM頻段

- 支持功能安全“FS supportive”

表2. 二次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC“BD9S系列”產(chǎn)品陣容

· BD39040MUF-C

- 內(nèi)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(diào)看門(mén)狗定時(shí)器(Window型)以及過(guò)電壓監(jiān)測(cè)、欠壓監(jiān)測(cè)、復(fù)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(cè)潛在故障

- 內(nèi)部基準(zhǔn)電壓電路和振蕩電路采用多路復(fù)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(diǎn)

· RBR3LAM60BTF

車(chē)載級(jí)(符合AEC-Q101)高可靠性，60V肖特基勢(shì)壘二極管。在本參考設(shè)計(jì)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(chē)載級(jí)(符合AEC-Q101)高可靠性，1.5V驅(qū)動(dòng)低導(dǎo)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(rùn)濕側(cè)翼形狀，因此安裝后的視認(rèn)性更好。在本參考設(shè)計(jì)中，用作將3.3V系統(tǒng)分支的負(fù)載開(kāi)關(guān)。

結(jié)語(yǔ)

未來(lái)ROHM將繼續(xù)開(kāi)發(fā)先進(jìn)的產(chǎn)品和協(xié)助將這些產(chǎn)品應(yīng)用到應(yīng)用產(chǎn)品中的參考設(shè)計(jì)，為客戶(hù)所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、小型化、降低發(fā)熱量、減少設(shè)計(jì)工時(shí)、提高功能安全等級(jí)貢獻(xiàn)力量。ROHM相信，繼續(xù)并持續(xù)地努力將會(huì)為汽車(chē)社會(huì)帶來(lái)安全與安心，并為世界各地的人們帶來(lái)更加豐富多彩的生活。