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(jìn)化的，即現(xiàn)有汽車一點(diǎn)一點(diǎn)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，但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？好吧，根據(jù)我從一些關(guān)鍵行業(yè)專家那里獲得的關(guān)于這些問題的信息，以下是將要取得的進(jìn)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(qiáng)。

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(jìn)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(yùn)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(jī)。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(jìn)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(shí)現(xiàn)這一時間表所需的所有進(jìn)步都將是IC半導(dǎo)體行業(yè)的福音，因?yàn)樗鼘閷?shí)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。

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(jì)算機(jī)，自動泊車輔助，盲點(diǎn)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(yùn)行;但是，它們可能需要直接由汽車電池和/或交流發(fā)電機(jī)供電，在某些情況下，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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)，電源設(shè)計(jì)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(jì)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(qiáng)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(jī)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公司的線性功耗?集團(tuán)開發(fā)了LT8650S，這是一款支持高輸入電壓的雙輸出單片式同步降壓轉(zhuǎn)換器，還具有低EMI/EMC輻射。其 3 V 至 42 V 輸入電壓范圍使其成為汽車應(yīng)用的理想選擇，包括 ADAS，這些應(yīng)用必須在冷啟動和啟停情況下進(jìn)行調(diào)節(jié)，最小輸入電壓低至 3 V，拋負(fù)載瞬變超過 40 V。如圖1所示，它是一種雙通道設(shè)計(jì)，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。其同步整流拓?fù)湓?2 MHz 開關(guān)頻率下提供高達(dá) 94.4% 的效率，而突發(fā)模式操作可在空載待機(jī)條件下將靜態(tài)電流保持在 6.2 μA（兩個通道均接通）以下，使其成為始終接通系統(tǒng)的理想選擇。?

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。

LT8650S的開關(guān)頻率可在300 kHz至3 MHz范圍內(nèi)編程，并在整個范圍內(nèi)同步。其 40 ns 最小導(dǎo)通時間可實(shí)現(xiàn) 16 V在至 2.0 V外高壓通道上的降壓轉(zhuǎn)換，開關(guān)頻率為2 MHz。其獨(dú)特的靜音開關(guān) 2 架構(gòu)使用兩個內(nèi)部輸入電容器以及內(nèi)部 BST 和 INTVCC 電容器，以最大限度地減少熱回路的面積。結(jié)合控制良好的開關(guān)邊沿和具有集成接地層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及使用銅柱代替鍵合線，LT8650的設(shè)計(jì)大大降低了EMI/EMC輻射。有關(guān)排放輸出特性，請參見圖2。這種改進(jìn)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(jì)并降低風(fēng)險(xiǎn)。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(kuò)頻頻率調(diào)制也可用于進(jìn)一步降低EMI水平。?

圖2.LT8650S輻射EMI性能圖。

LT8650S 采用內(nèi)部頂部和底部高效率電源開關(guān)，并將必要的升壓二極管、振蕩器、控制和邏輯電路集成到單個芯片中。低紋波突發(fā)模式操作可在低輸出電流下保持高效率，同時將輸出紋波保持在 10 mV p-p 以下。最后，LT8650S采用小型耐熱性能增強(qiáng)型4 mm×6 mm IC引腳LGA封裝。

同樣，對于需要比LT8650S更寬的輸入范圍的應(yīng)用，我們還開發(fā)了LT8645S，這是一款具有高輸入電壓能力的單片式同步降壓轉(zhuǎn)換器，還具有低EMI輻射。其 3.4 V 至 65 V 輸入電壓范圍使其成為汽車和卡車應(yīng)用的理想選擇，這些應(yīng)用必須在冷啟動和啟停情況下進(jìn)行調(diào)節(jié)，最小輸入電壓低至 3.4 V，拋負(fù)載瞬變超過 60 V。如圖3所示，它是一種單通道設(shè)計(jì)，在5 V時提供8 A輸出。其同步整流拓?fù)湓?2 MHz 開關(guān)頻率下提供高達(dá) 94% 的效率，而突發(fā)模式操作可在空載待機(jī)條件下將靜態(tài)電流保持在 2.5 μA 以下，使其成為始終接通系統(tǒng)的理想選擇。

圖3.簡化的LT8645S原理圖，在2 MHz時提供5 V/8 A輸出。

LT8645S的開關(guān)頻率可在200 kHz至2.2 MHz范圍內(nèi)編程，并在整個范圍內(nèi)同步。其獨(dú)特的靜音開關(guān) 2 架構(gòu)使用兩個內(nèi)部輸入電容器以及內(nèi)部 BST 和 INTVCC 電容器，以最大限度地減少熱回路的面積。結(jié)合控制良好的開關(guān)邊沿和具有集成接地層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及使用銅柱代替鍵合線，LT8645 的設(shè)計(jì)大大降低了 EMI/EMC 輻射。有關(guān)排放輸出特性，請參見圖4。這種改進(jìn)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(jì)并降低風(fēng)險(xiǎn)。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(kuò)頻頻率調(diào)制也可用于進(jìn)一步降低EMI水平。

圖4.LT8645S輻射EMI性能圖。

LT8645S 采用內(nèi)部頂部和底部高效率電源開關(guān)，并將必要的升壓二極管、振蕩器、控制和邏輯電路集成到單個芯片中。低紋波突發(fā)模式操作可在低輸出電流下保持高效率，同時將輸出紋波保持在 10 mV p-p 以下。最后，LT8645S采用小型耐熱性能增強(qiáng)型4 mm×6 mm IC 32引腳LQFN封裝。

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(kuò)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(yùn)行的惡劣環(huán)境也不會消失。幸運(yùn)的是，ADI線性電源產(chǎn)品線有越來越多的解決方案，可以為現(xiàn)在和未來的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供幫助，即使到2030年代中期似乎還有很長的路要走。

審核編輯：郭婷