面向汽車應(yīng)用的電子系統(tǒng)設(shè)計頗具挑戰(zhàn)性，原因很多，其中包括寬工作溫度范圍、嚴(yán)格的EMC和瞬態(tài)要求、以及汽車OEM制造商所要求的高質(zhì)量水準(zhǔn)。就寬工作溫度范國而言，電源管理IC面臨著來自兩個方面的挑戰(zhàn)。本文針對這兩大挑戰(zhàn)，帶來一款高功率電源管理解決方案。
產(chǎn)品的外形不斷縮小，因而對功能和特性的要求持續(xù)提高。與此同時，用于為這些產(chǎn)品供電的精細(xì)數(shù)字IC(例如：微處理器[μP]和微控制器[μC]或現(xiàn)場可編程門陣列[FPGA] )的業(yè)界發(fā)展趨勢是：繼續(xù)降低其工作電壓，同時增加其電流量。微處理器是導(dǎo)入設(shè)計時最常用的此類IC之一，而且諸如Freescale、Intel、NIVIDIA、Samsung和ARM等供應(yīng)商推出了越來越多的高效率型產(chǎn)品。這些產(chǎn)品設(shè)計用于為眾多的無線、嵌入式和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供低功耗和高性能處理。
這此處理器的最初目的是幫助OEM制造商開發(fā)出體積較小、成本效益性更加、電池使用壽命長的便攜手持式設(shè)備，同時，提供更高的計算性能以運行功能豐富的多媒體應(yīng)用程序。然而，這種對于高效率和高處理性能組合的需求已經(jīng)擴(kuò)展到了非便攜式應(yīng)用領(lǐng)域。相關(guān)的例子包括汽車信息娛樂系統(tǒng)和其他的嵌入式應(yīng)用。它們均需要相似的效率和處理性能。
在所有的場合中，都必需采用一種高度專用的高性能電源管理IC(PMIC)來正確地控制和監(jiān)視微處理器的電源，以便獲得此類處理器的所有性能優(yōu)勢。此外，隨著汽車車載電子裝備小斷地大幅增加，作為車內(nèi)各種控制系統(tǒng)之“主力”的微處理器的使用量也大為增多。信息娛樂系統(tǒng)囊括了大量旨在改善駕駛體驗的功能。觸摸屏、藍(lán)牙通信、數(shù)字及高清晰度電視(HDTV)、衛(wèi)星無線電、CD/DVD/MP3播放器、全球定位系統(tǒng)(GPS)導(dǎo)航和視頻游戲系統(tǒng)已經(jīng)在汽車內(nèi)部營造了一個成熟完備的娛樂中心!
汽車PMIC挑戰(zhàn)
面向汽車應(yīng)用的電子系統(tǒng)設(shè)計頗具挑戰(zhàn)性，原因很多，其中包括寬工作溫度范圍、嚴(yán)格的EMC和瞬態(tài)要求、以及汽車OEM制造商所要求的高質(zhì)量水準(zhǔn)。就寬工作溫度范國而言，電源管理IC面臨著來自兩個方面的挑戰(zhàn)。首先，電源轉(zhuǎn)換(即使在高效率的情況下)必定會將一些功率作為熱量消耗掉。
當(dāng)把幾個DC-DC和LDO穩(wěn)壓器集成在一單個器件之中時，其組合功率耗散會相當(dāng)大，輕而易舉地就能接近2W或更高。典型的PMIC封裝(比如：6mm x 6mm 40引腳、裸露襯墊QFN)具有一個33℃/W的熱阻，可導(dǎo)致結(jié)溫升幅超過60℃。如果再加上寬環(huán)境工作溫度范圍這個額外的難題，PMIC的最大結(jié)溫常常會超過125℃，即使是在汽車車身電子沒備中(不是引擎罩下)，密封式塑料電子控制模塊內(nèi)部的環(huán)境溫度亦可達(dá)到95℃。由于這些溫度方面的難題、許多規(guī)格在85℃甚至125℃的PMIC都不足以在高溫環(huán)境中持續(xù)運作。
集成型電源管理器件在高環(huán)境溫度場合工作的另一個關(guān)健點是：器件應(yīng)能自行監(jiān)視其芯片溫度并在其結(jié)溫變得過高時進(jìn)行報告，這樣系統(tǒng)控制器就能機(jī)智靈活地決定是否降低負(fù)載的供電功率。通過關(guān)斷不太重要的功能電路或者調(diào)低處理器和其他高功率功能電路(例如：顯示器和網(wǎng)絡(luò)通信)的運行性能，操作系統(tǒng)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)上述目標(biāo)?，F(xiàn)今汽車儀表盤的內(nèi)部環(huán)境中擠滿了各種類型的電子線路與組件。向從藍(lán)牙到基于蜂窩電話的網(wǎng)絡(luò)連接等無線電裝置的加入則使這種狀況雪上加霜。因此，假如要在這個散熱條件嚴(yán)重受限的環(huán)境中裝入任何新的組件，那么這些新組件就不能產(chǎn)生過多的熱量或EMI，這一點是十分必要。
這里的電磁兼容性(EMC)要求十分嚴(yán)格，其涵蓋了輻射和傳導(dǎo)發(fā)射、輻射和傳導(dǎo)抵抗力或敏感性、以及靜電放電(ESD)。如欲擁有滿足這些要求的能力，那么PMIC設(shè)計的性能方面將受到影響。其中有些影響是簡單直接的，比如：DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器必須在遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出AM無線電頻段的某個固定頻率上運作。然而，DC-DC轉(zhuǎn)換器中的另一個常見的輻射發(fā)射源則來自于其內(nèi)部功率MOSFET的開關(guān)邊緣速率。必須對這些邊緣速度進(jìn)行控制以減少輻射發(fā)射。
