自動駕駛系統(tǒng)功能安全解決方案解析

1. 概述

2004年到2007年，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）先后贊助了三場無人駕駛挑戰(zhàn)賽，催生了自動駕駛這一賽道。由此，自動駕駛步入了產(chǎn)業(yè)化時代，各汽車強國都在爭相搶占產(chǎn)業(yè)制高點。在中國，伴隨著新能源汽車市場的火熱，自動駕駛也步入了發(fā)展快車道。

2. 自動駕駛

2.1

定義?

自動駕駛汽車（Autonomous Vehicle），是指一種通過傳感器和運算單元實現(xiàn)無人駕駛的智能汽車，其核心硬件模塊包括電子控制單元（ECU, Electronic Control Unit）/域控制器（DCU, Driving Control Unit）和傳感器（感知元件）兩大部分。根據(jù)美國汽車工程師協(xié)會（SAE）發(fā)布的SAEJ3026標(biāo)準(zhǔn)和2021年8月中國出臺的《汽車駕駛自動化分級》國家標(biāo)準(zhǔn)，自動駕駛被分為L0至L5 六個等級，從L0級應(yīng)急輔助駕駛到L5級完全自動駕駛，如下圖所示：

圖二：SAE發(fā)布的自動駕駛等級

2.2

自動駕駛市場

自動駕駛市場的在世界范圍內(nèi)不同程度的增長是毋庸置疑的事實，而其中，中國市場的火熱程度可謂只增不減。中汽協(xié)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2022年9月我國新能源汽車滲透率已提升至27.1%，增長持續(xù)超預(yù)期。中國已連續(xù)多年成為全球最大的新能源汽車產(chǎn)銷市場，同時也是2021年全球第一大電動汽車出口國。新能源產(chǎn)業(yè)競爭力的提升為我國汽車產(chǎn)業(yè)提供了彎道超車的機會。

智能化是新能源汽車的核心之一，也是汽車行業(yè)未來重要發(fā)展方向，而自動駕駛又是智能化最大的特征，幾乎成為目前新能源汽車的標(biāo)配功能。因此，自動駕駛將是未來多數(shù)車企選擇的主賽道，這無疑為自動駕駛技術(shù)的升級按下了加速鍵。

順應(yīng)自動駕駛的迅猛增長大勢，MPS蓄勢待發(fā)，從汽車自動駕駛系統(tǒng)的域控制器（DCU）和傳感器兩個核心模塊進(jìn)行布局，推出多款車規(guī)級芯片，為汽車生產(chǎn)商提供完整供電解決方案，助力自動駕駛汽車平穩(wěn)上路。

3.?自動駕駛 “路障”重重

隨著自動駕駛功能的不斷豐富和完善，主芯片的計算能力不斷提高，系統(tǒng)的電源需求也隨之增加，電源設(shè)計將面臨更高要求，當(dāng)前諸多困難亟待解決。

3.1

路障一：設(shè)計復(fù)雜

自動駕駛級別的提升和應(yīng)用的豐富意味著對主芯片算力和信息處理能力要求的提高。外圍傳感器傳輸至汽車域控制器（DCU）處理的數(shù)據(jù)大幅度增長，作為汽車“大腦”的主芯片陷入算力焦慮，各大廠商紛紛開足馬力開發(fā)大算力芯片。預(yù)計在2025年， 1000T算力的汽車芯片將會面世。

更大的算力，更豐富的智能駕駛場景意味著更高的功耗和更復(fù)雜的系統(tǒng)方案，這對整體的電源設(shè)計提出了更高要求，不乏時序管理、功能安全監(jiān)測、多相電源等功能的集成。

3.2

路障二：可靠性保證

作為汽車的核心元器件，汽車芯片的可靠性直接決定了汽車行駛時的安全性和穩(wěn)定性，直接影響到車內(nèi)人員的生命安全。近年來，與自動駕駛相關(guān)的交通事故在全世界范圍內(nèi)頻發(fā)，造成多起人員傷亡案件，一次次地敲響了安全警鐘。

因此，車規(guī)級芯片的可靠性標(biāo)準(zhǔn)必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的消費級芯片，才能在最大程度上保障人的生命財產(chǎn)安全。

3.3

路障三：體積和性價比困境

隨著自動駕駛系統(tǒng)功能的不斷完善，車載芯片方案也愈加復(fù)雜。

例如，在自動駕駛L3級別中，傳感器模塊中的攝像頭將從每車3-4個提升至最高達(dá)22個，分辨率將從1MP上升到8MP甚至是15MP，車載攝像頭市場將呈現(xiàn)幾何級增長。在此發(fā)展趨勢下，小體積、高集成度、高性價比的供電解決方案更能受到生產(chǎn)商的青睞。

4. MPS助力車企清除障礙

針對汽車自動駕駛設(shè)計環(huán)節(jié)中可能面臨的諸多問題，MPS瞄準(zhǔn)障礙，推出多款產(chǎn)品，將痛點逐個擊破。

助力一：完整解決方案

針對復(fù)雜的自動駕駛域控制器的產(chǎn)品，MPS可以提供一套完整的解決方案

主芯片核心供電——MPQ2967+MPQ86960。

圖四：MPQ2967和MPQ86960自動駕駛SOC解決方案

MPQ2967+MPQ86960是對自動駕駛域控制器（DCU）進(jìn)行核心供電的解決方案，專為高算力，大電流主芯片進(jìn)行核心供電。

MPQ2967是用于自動駕駛應(yīng)用的雙軌數(shù)字多相控制器，最多可配置為四相兩軌。

MPQ86960是一款內(nèi)置功率 MOSFET 和柵極驅(qū)動器的單片半橋，它可以在寬輸入電壓 (VIN) 范圍內(nèi)實現(xiàn)高達(dá) 50A 的連續(xù)輸出電流 (IOUT)。

MPQ2967+MPQ86960該解決方案還集成了時序管理、功能安全監(jiān)測、電流采樣、溫度采樣等功能。同時具有SoC核心供電配合DrMOS和COT（恒定導(dǎo)通時間），外部BOM精簡，以較少的輸出電容個數(shù)對負(fù)載瞬態(tài)做出快速響應(yīng)等設(shè)計優(yōu)勢，可以在極大程度上簡化設(shè)計工作，是自動駕駛電源解決方案的理想選擇。

系統(tǒng)功能安全解決方案——MPQ79500+MPQ79700

一個自動駕駛系統(tǒng)龐大，除了主芯片核心供電之外，還有很多外設(shè)，I/O口等都需要供電，這些供電往往需要獨立的小電源來供電，而這些小電源的上下電時序以及功能安全設(shè)計，獨立的小電源自己無法滿足。針對這個需求，MPS推出了MPQ79500和MPQ79700兩款能夠支持汽車安全等級 ASIL-D級芯片，幫助復(fù)雜系統(tǒng)輕松實現(xiàn)的功能安全系統(tǒng)設(shè)計。

MPQ79500是一款專為汽車安全應(yīng)用設(shè)計的 6 通道電壓監(jiān)測器，每個通道都可以配置OV/UV，集成內(nèi)置自檢 (BIST) 等安全機制，診斷以及寫保護(hù)來實現(xiàn)ASILD的應(yīng)用要求。

圖五：MPQ79500

MPQ79700是一款 12 通道功能安全電源定序器，提供可配置性與靈活性，能夠支持不同應(yīng)用與片上系統(tǒng) (SoC) 的跨代設(shè)計復(fù)用，集成內(nèi)置自檢 (BIST) 等安全機制，以實現(xiàn)高診斷覆蓋率，使系統(tǒng)達(dá)到目標(biāo) ASIL 等級。

圖六：MPQ79700

助力二：全流程把關(guān)，提升可靠性

MPS具有豐富的車規(guī)級芯片生產(chǎn)經(jīng)驗，可以從設(shè)計環(huán)節(jié)到測試環(huán)節(jié)全流程把關(guān)，最大限度提升芯片可靠性。

從設(shè)計階段，芯片即滿足AEC-Q100車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)。量產(chǎn)階段，MPS具有完善的全溫測試技術(shù)，能夠確保汽車級芯片在全溫環(huán)境下高可靠性，MPS的目標(biāo)是向0 DPPM 目標(biāo)無限靠近，從而提高終端用戶產(chǎn)品的安全性和可靠性。

助力三：小體積，大作用

針對某些應(yīng)用，對體積和效率有比較高的要求，例如車載攝像頭等部件，因為整體的產(chǎn)品體積小，從而對方案的尺寸，效率，溫升等有較高的要求。MPS利用自身先進(jìn)半導(dǎo)體制程，豐富系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗，專門開發(fā)了一款車載攝像頭的電源管理芯片，MPQ792X。

MPQ792X是專為車載camera設(shè)計的小體積，高功率密度集成PMIC，采用節(jié)省空間的(2.5mmx3.5mm) 封裝。同時，芯片采用MPS特有的Flip chip倒裝封裝工藝，有效提高芯片散熱能力，為小體積，高功率密度的優(yōu)秀表現(xiàn)提供堅實基礎(chǔ)。