【導(dǎo)讀】未來自動駕駛汽車(和卡車)所必需的汽車系統(tǒng)的擴散即使在現(xiàn)在也繼續(xù)獲得動力。當(dāng)然,電壓和電流水平會發(fā)生變化;然而,對低EMI/EMC輻射的要求不會消失,它們需要運行的惡劣環(huán)境也不會消失。幸運的是,現(xiàn)在和將來有越來越多的解決方案可以幫助系統(tǒng)設(shè)計人員,即使2030年代中期似乎還有很長的路要走。
自動駕駛汽車的時間表
毫無疑問,自動駕駛汽車即將到來,即使一路上有一些挫折。所以,有幾個好的問題可能是:我們什么時候能到達(dá)那里,需要多長時間才能到達(dá)那里?
根據(jù)汽車行業(yè)的說法,這種轉(zhuǎn)變有兩個標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語:一個是進化的,即現(xiàn)有汽車一點一點地到達(dá)那里(類似于特斯拉的自動駕駛功能),另一個是革命性的術(shù)語,即我們擁有完全自動駕駛汽車(如谷歌正在開發(fā)的汽車)。我不清楚任何一條道路是否會自行成功;它更有可能最終成為兩者的共生融合。
那么,未來幾年的下一步是什么?以下是將要取得的進步列表:
更高級的駕駛員輔助功能,將同步到導(dǎo)航和GPS系統(tǒng)。
像谷歌這樣的公司將收集和積累有關(guān)自動駕駛汽車可能遇到的每種情況的數(shù)據(jù)。
主要城市的3D測繪數(shù)據(jù)將需要測繪公司加強。
汽車制造商和高科技汽車系統(tǒng)供應(yīng)商需要彼此密切合作,以確保光檢測、激光雷達(dá)、雷達(dá)傳感器、GPS和攝像頭協(xié)同工作。
具有上述功能的車輛必須在所有地形和氣候下進行測試。
展望未來,比如說到2020年,配備上述半自動功能的車輛應(yīng)該能夠在十字路口、交通信號燈和走走停停的交通狀況中導(dǎo)航。然而,即使是這些高度自動化的汽車,在緊急情況下仍然需要一個真正的人站在前面。展望未來,比如說到2024年,這些半自動駕駛汽車也將在更嚴(yán)格的條件下正常運行,例如惡劣天氣和夜間。到這個時間范圍,電梯服務(wù)提供商可能會開始使用這些類型的汽車,沒有任何司機。當(dāng)然,汽車制造商必須確保他們的車輛能夠理解行人的信號,比如在十字路口或十字路口揮手致意。所有這些進步都需要汽車制造商在其車輛中擁有許多自主功能,這可能會使自動駕駛汽車在本世紀(jì)30年代中期上路。
當(dāng)然,實現(xiàn)這一時間表所需的所有進步都將是IC半導(dǎo)體行業(yè)的福音,因為它將為實現(xiàn)這一目標(biāo)所需的許多系統(tǒng)提供大部分硅含量。該硅含量將由數(shù)字和模擬集成電路(IC)組成。
圖1.簡化的LT8650S原理圖在2 MHz時提供5 V/4 A輸出和3.3 V/4 A輸出。
模擬集成電路
全自動駕駛汽車顯然將擁有許多不同的電子系統(tǒng),混合使用數(shù)字和模擬IC。這些將包括高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS),自動駕駛計算機,自動泊車輔助,盲點監(jiān)控,智能巡航控制,夜視,激光雷達(dá)等等。所有這些系統(tǒng)都需要各種不同的電壓軌和電流水平才能正常運行;但是,它們可能需要直接由汽車的電池和/或交流發(fā)電機供電,在某些情況下,還需要由這些電源軌之一的后穩(wěn)壓軌道供電。VLSI 數(shù)字 IC(如 FPGA 和 GPU)的核心電壓通常就是這種情況,這些 IC 可能需要低于 1 V 的工作電壓,電流從幾安培到 10 安培不等。
系統(tǒng)設(shè)計人員還必須確保ADAS符合車輛內(nèi)的各種抗噪標(biāo)準(zhǔn)。在汽車環(huán)境中,開關(guān)穩(wěn)壓器正在重視低散熱和效率的領(lǐng)域取代線性穩(wěn)壓器。此外,開關(guān)穩(wěn)壓器通常是輸入電源總線上的第一個有源元件,因此對整個轉(zhuǎn)換器電路的EMI性能有重大影響。
EMI發(fā)射有兩種類型:傳導(dǎo)和輻射。傳導(dǎo)輻射依賴于連接到產(chǎn)品的電線和走線。由于噪聲局限于設(shè)計中的特定端子或連接器,因此在開發(fā)過程的早期,通過如前所述,良好的布局或濾波器設(shè)計通??梢源_保符合傳導(dǎo)輻射要求。
然而,輻射發(fā)射完全是另一回事。電路板上承載電流的所有東西都會輻射電磁場。電路板上的每一條走線都是天線,每個銅平面都是諧振器。除純正弦波或直流電壓外,任何其他因素都會在整個信號頻譜中產(chǎn)生噪聲。即使經(jīng)過精心設(shè)計,電源設(shè)計人員在系統(tǒng)測試之前也永遠(yuǎn)不會真正知道輻射發(fā)射有多糟糕,并且在設(shè)計基本完成之前無法正式執(zhí)行輻射發(fā)射測試。
濾波器通常用于通過在一定頻率或一定頻率范圍內(nèi)衰減強度來降低EMI。通過空間傳播的能量的一部分(輻射)通過添加金屬和磁屏蔽來衰減。通過添加鐵氧體磁珠和其他濾波器來馴服位于PCB走線(導(dǎo)電)上的部分。EMI無法消除,但可以衰減到其他通信和數(shù)字組件可接受的水平。此外,一些監(jiān)管機構(gòu)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)以確保合規(guī)性。
具有低EMI/EMC輻射的高壓轉(zhuǎn)換器解決方案
正是由于本文概述的應(yīng)用限制,ADI公司的Power by Linear Group開發(fā)了LT8650S,這是一款支持高輸入電壓的雙輸出單芯片同步降壓轉(zhuǎn)換器,還具有低EMI/EMC輻射。如圖1所示,它是一種雙通道設(shè)計,由兩個高壓4 A通道組成,提供低至0.8 V的電壓,使其能夠驅(qū)動目前可用的最低電壓微處理器內(nèi)核。
有關(guān)排放輸出特性,請參見圖2。這種改進的EMI/EMC性能對電路板布局不敏感,即使在使用2層PC板時也能簡化設(shè)計并降低風(fēng)險。LT8650S可在整個負(fù)載范圍內(nèi)以2 MHz開關(guān)頻率輕松通過汽車CISPR 25 5類峰值EMI限制。擴頻頻率調(diào)制也可用于進一步降低EMI水平。
圖2.LT8650S輻射EMI性能圖。
同樣,對于需要比LT8650S更寬輸入范圍的應(yīng)用,ADI公司還開發(fā)了LT8645S,這是一款具有高輸入電壓能力的單芯片同步降壓轉(zhuǎn)換器,還具有低EMI輻射。如圖3所示,它是一種單通道設(shè)計,在5 V時提供8 A輸出。
圖3.簡化的LT8645S原理圖,在2 MHz時提供5 V/8 A輸出。
有關(guān)排放輸出特性,請參見圖4。這種改進的EMI/EMC性能對電路板布局不敏感,即使在使用2層PC板時也能簡化設(shè)計并降低風(fēng)險。LT8645S可在整個負(fù)載范圍內(nèi)輕松通過汽車CISPR 25,5類峰值EMI限制。擴頻頻率調(diào)制也可用于進一步降低EMI水平。
圖4.LT8645S輻射EMI性能圖。
結(jié)論
未來自動駕駛汽車(和卡車)所必需的汽車系統(tǒng)的擴散即使在現(xiàn)在也繼續(xù)獲得動力。當(dāng)然,電壓和電流水平會發(fā)生變化;然而,對低EMI/EMC輻射的要求不會消失,它們需要運行的惡劣環(huán)境也不會消失。幸運的是,現(xiàn)在和將來有越來越多的解決方案可以幫助系統(tǒng)設(shè)計人員,即使2030年代中期似乎還有很長的路要走。
(作者:Tony Armstrong)
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