作者：Nazzareno (Reno) Rossetti, Ph.D. EE 和 Warren Tsai，Maxim Integrated 的業務管理總監

高級駕駛輔助系統 (ADAS) 是汽車電子領域增長最快的部分之一。智能汽車裝有 ADAS 電子控制單元 (ECU)，每個都從汽車電池獲取電力。每個 ECU 都支持特定的汽車功能，并擁有自己的專用電源管理。由于具有如此高的可變性，對 ECU 的電源管理實施使用離散方法似乎是唯一的選擇——也就是說，每個構建塊使用一個 ad hoc IC，例如在圖 2所示的典型系統中。

然而，這種方法與這些無處不在的設備的另一個重要要求不兼容——特別是小尺寸。本文回顧了三種截然不同的 ECU 應用，并表明即使需要多個構建塊，定制的集成電源管理方法也可以輕松解決這一難題。

智能汽車

智能、自動或半自動汽車中的傳感設備結合了毫米波雷達、微米波激光雷達和納米波相機。當跟蹤車前的另一輛車時，攝像頭用于查找和定位前車，而雷達測量距離。然后使用該信息來決定是否需要減速或制動車輛。在更復雜的系統中，距離是用雷達和激光雷達測量的。與激光雷達和雷達不同，攝像機可以看到顏色，使其成為場景解釋的最佳選擇。

當今的 ADAS 雷達電源解決方案

汽車中每個符合 ADAS 標準的子系統，無論是雷達、激光雷達還是攝像頭模塊，都采用了許多穩壓器、監視器和看門狗 IC 以確保正常運行。圖 2中的分立 ADAS 雷達系統顯示了六種不同的 IC，它們為雷達模塊核心的單片微波 IC (MMIC) 實施電源管理系統。

圖 2：離散 ADAS 雷達電源管理 ECU。

通常，整個模塊必須安裝在不大于 50 × 50 mm 的 PC 板 (PCB) 上，因此很難容納所有必要的組件。圖 2中的非集成解決方案既占用空間又昂貴。

另一個問題是，正常運行要求電池在低于 6V 時放電（5V 輸出加上 1V 高壓 [HV] 降壓轉換器的裕量）。因此，對于要求工作電壓低至 4 V 的冷啟動規范，該方案需要一個額外的預升壓轉換器 IC。據估計，離散實施可能需要 1,250 mm 2的電源管理總解決方案面積，或可用空間的一半。

另一方面，單個電源管理 IC 會使所有模塊都受到電池電壓變化的影響。此外，過高的集成度可能會產生一個巨大的 PMIC，它太大而無法放置在方形 PCB 的可用壁龕中，其中大部分空間都被信號鏈占用。確實，對集成分區做出正確的決定至關重要。

理想的ADAS雷達電源解決方案

理想的解決方案應在最低電池電壓的輸入電壓下運行，同時承受負載“突降”。圖 3顯示了圖 2中的六個芯片，它們減少到兩個。HV 降壓轉換器可承受負載突降并將電池電壓降至 3.3 V，從而允許在其輸出附近（遠低于 6 V）進行冷啟動操作。高密度、低電壓 PMIC 集成了后端穩壓器。通過這種劃分，可以方便地將所需區域分成兩塊，一塊用于前端降壓轉換器 (HV BUCK)，另一塊用于 PMIC，從而可以輕松地將電源管理解決方案“包裹”在信號鏈電路周圍。

圖 3：ADAS 雷達 PMIC。

適合這種ADAS雷達應用的小型PMIC是TheMAX 20014，它提供三個高效、低電壓DC/DC轉換器輸出。VOUT1在高達500 mA時將輸入電源提升至8.5 V，而兩個同步降壓轉換器在3.0-V至5.5-V輸入電壓范圍內工作，并提供0.8-V至3.8-V輸出電壓范圍，最高可達3 a。

高壓降壓電路，如Max20075（600 mA/1.2 A），與電池連接。該設備的2.5-A版本（MAX20077）也可用。

在該實施方案中，ADAS雷達功率管理總解決方案面積估計為750 mm2，約為可用面積的三分之一（非集成解決方案為一半）。IC的其他引腳兼容版本可以支持不同的系統要求。

理想的ADAS相機電源解決方案

先前的分區解決方案可以復制用于汽車攝像頭ECU。圖4顯示了ECU內部的PMIC，僅由8.5伏升壓轉換器和1.8伏降壓轉換器組成。1.8V導軌為微處理器供電。8.5V導軌通過同軸電纜布線，為遠程攝像機供電。

圖4：攝像頭ECU內的電源PMIC。

為ADAS攝像頭ECU應用量身定制的PMIC是theMAX20414，它集成了一個同步升壓和一個降壓轉換器。總溶液面積（PMIC+HV降壓）估計約為550mm2。

理想的儀表盤ECU電源解決方案

儀表盤MCU處理儀表板儀表顯示的信息。在圖5中，SoC微控制器需要兩個電源，1.1V為其核心供電，1.8V為外圍供電。這里，一個雙降壓PMIC，如MAX20416，具有雙輸出、低壓降壓轉換器，適合ADAS微處理器核心和外圍電源應用。總溶液面積（PMIC+HV降壓）估計約為560mm2。

圖5：儀表盤PMIC。

在每種情況下，通過量身定制的方法，實現了將解決方案與負載轉儲容限的高壓前端降壓轉換器相匹配所需的PMIC集成水平。這導致了成本和PCB面積方面的效率。

這些集成電路在ADAS應用中必須滿足的其他要求包括：符合汽車標準、在高頻下工作以避免AM無線電頻帶噪聲干擾的能力、滿足SoC電源要求的±1.5%精度的輸出電壓、低EMI發射的擴頻以及集成過電壓和欠電壓監測功能。

結論

我們回顧了三種非常不同的汽車ADAS和ECU應用。在每種情況下，都提出了一種量身定制的整合方法。每個系統被劃分為高壓前端IC和低壓后端PMIC。整個電源管理系統減少到兩個IC，通過將其“包裹”在信號鏈電路上，其復雜程度足以適應ADAS應用所需的有限板空間。

關于作者

Nazzareno（Reno）Rossetti，Maxim Integrated的EE博士，是一位經驗豐富的模擬和電源管理專業人士，是一名出版作家，擁有該領域的多項專利。他擁有意大利都靈理工大學電氣工程博士學位。

Warren Tsai 是 Maxim Integrated 的業務管理總監。他擁有電子工程和計算機科學學士學位以及加州大學伯克利分校的 MBA 學位。他在職業生涯中擔任過各種設計工程、應用工程和產品管理職責，他的團隊負責管理 Maxim 的所有汽車電源解決方案。

審核編輯 黃昊宇