【導讀】面向汽車應用的電子系統(tǒng)設計頗具挑戰(zhàn)性，原因很多，其中包括寬工作溫度范圍、嚴格的EMC和瞬態(tài)要求、以及汽車OEM制造商所要求的高質量水準。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。微處理器是導入設計時最常用的此類IC之一，而且諸如Freescale、Intel、NIVIDIA、Samsung和ARM等供應商推出了越來越多的高效率型產(chǎn)品。這些產(chǎn)品設計用于為眾多的無線、嵌入式和網(wǎng)絡應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備，同時，提供更高的計算性能以運行功能豐富的多媒體應用程序。然而，這種對于高效率和高處理性能組合的需求已經(jīng)擴展到了非便攜式應用領域。相關的例子包括汽車信息娛樂系統(tǒng)和其他的嵌入式應用。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）導航和視頻游戲系統(tǒng)已經(jīng)在汽車內部營造了一個成熟完備的娛樂中心！
汽車PMIC挑戰(zhàn)
面向汽車應用的電子系統(tǒng)設計頗具挑戰(zhàn)性，原因很多，其中包括寬工作溫度范圍、嚴格的EMC和瞬態(tài)要求、以及汽車OEM制造商所要求的高質量水準。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，可導致結溫升幅超過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部的環(huán)境溫度亦可達到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健點是：器件應能自行監(jiān)視其芯片溫度并在其結溫變得過高時進行報告，這樣系統(tǒng)控制器就能機智靈活地決定是否降低負載的供電功率。通過關斷不太重要的功能電路或者調低處理器和其他高功率功能電路（例如：顯示器和網(wǎng)絡通信）的運行性能，操作系統(tǒng)軟件能夠實現(xiàn)上述目標?，F(xiàn)今汽車儀表盤的內部環(huán)境中擠滿了各種類型的電子線路與組件。向從藍牙到基于蜂窩電話的網(wǎng)絡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）要求十分嚴格，其涵蓋了輻射和傳導發(fā)射、輻射和傳導抵抗力或敏感性、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開關穩(wěn)壓器必須在遠遠超出AM無線電頻段的某個固定頻率上運作。然而，DC-DC轉換器中的另一個常見的輻射發(fā)射源則來自于其內部功率MOSFET的開關邊緣速率。必須對這些邊緣速度進行控制以減少輻射發(fā)射。
當今的許多嵌入式系統(tǒng)和先進處理器都需要在電源上電及施加至各種不同的電路時執(zhí)行受控和精心設計的排序。提供系統(tǒng)靈活性及簡單的排序方法不僅可使系統(tǒng)設計更加容易，而且還能提高系統(tǒng)可靠性并允許由單個PMIC來應對更加廣泛的系統(tǒng)，而不僅僅局限于滿足某種特定處理器的要求。
概括起來，汽車信息娛樂系統(tǒng)設計人員所面臨的主要難題包括：
1、在功率耗散與高集成度（內置多個開關穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器）
之間實現(xiàn)平衡
2、先進的納米技術理器和FPGA所要求的準
確輸出電壓調節(jié)和負載階躍響應
3、監(jiān)視結溫
4、對于輻射及傳導噪聲的耐受力，并產(chǎn)生很低
的輻射
5、電壓瞬變大和極端的工作溫度
6、管理啟動和停機期間的電源排序
7、盡量縮減解決方案的尺寸和占板面積
一款簡單的解決方案
歷史上，很多PMIC都不具備用于處理這些新式系統(tǒng)和微處理器所需的功率。對于任何旨在滿足上述汽車電源管理IC設計限制條件的解決方案來說，其必須同時具備高集成度（包括高電流開關穩(wěn)壓器和LDO）、寬工作溫度范圍、電源排序、關鍵參數(shù)的動態(tài)I²C控制和“難以實現(xiàn)的”功能構件。此外，具有高開關頻率的器件還可以縮減外部組件的尺寸，而淘瓷電容器則能降低輸出紋波。這種低紋波與準確、快速響應穩(wěn)壓器相組合，可滿足45nm型處理器苛刻的電壓容差。雖然輸入電壓通常取自經(jīng)過頂先調節(jié)的5V或3.3V系統(tǒng)電源軌或電池電壓，但此類電源IC還必須擁有適應嚴苛汽車環(huán)境的能力，包括輻射發(fā)射抑制。
一款高功率的電源管理解決方案
詳情請下載：應對汽車PMIC挑戰(zhàn)：一款高功率電源管理解決方案
與昔日的座駕相比，如今的汽車取得了長足的進步。簡單的AM/FM收音機已經(jīng)讓位給最新的技術，例如：衛(wèi)星無線電、觸摸屏、導航系統(tǒng)、藍牙、HDTV、集成型蜂窩電話、媒體播放器和視頻游戲系統(tǒng)等。而且，通過取代分立型電源IC組件或過度集成的傳統(tǒng)大型PMIC（即帶有音頻、編解碼器等），系統(tǒng)設計人員將能夠采用新一代的緊湊型電源管理解決方案IC，此類IC集成了關鍵的電源管理功能，旨在以較小和較簡單的解決方案來實現(xiàn)新的性能水平。高性能處理器通常具有一組獨特的電源要求，包括多個高電流和低噪聲電壓軌、可編程排序和動態(tài)I2C調節(jié)。因此，重要的是選擇合適的PMIC為其提供控制和供電。
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