背景信息

汽車信息娛樂(lè)系統(tǒng)日益流行，持續(xù)激增。現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)步，例如衛(wèi)星廣播、觸摸屏、導(dǎo)航系統(tǒng)、藍(lán)牙、高清電視、集成式手機(jī)、媒體播放器和視頻游戲系統(tǒng)，都提升了駕駛體驗(yàn)。全球每年生產(chǎn)超過(guò) 5000 萬(wàn)量汽車，其中大部分都有某些類型的集成式信息娛樂(lè)系統(tǒng)。從電源角度來(lái)看，基本的信息娛樂(lè)控制臺(tái)可能需要幾個(gè)低壓電源軌，總電流達(dá)到幾安培，而一流的控制臺(tái)可能需要更多電源軌。傳統(tǒng)上，這些電壓軌和電流由很多分立式電源穩(wěn)壓器 IC 或者大型和過(guò)度集成的電源管理集成電路 (PMIC) 提供。不過(guò)，這類大型 PMIC 提供的電壓軌常常多于所需，占用面積很大，而且對(duì)某些軌的供電常常不足。因此，需要能提供解決方案占板面積很小的多輸出 IC，而且這類 IC 要提供很多可配置和供電適度的電壓軌。此外，如果這類 IC 能以各種不同的方式配置，以適應(yīng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中可能出現(xiàn)的電源要求的變化，就會(huì)有更大的優(yōu)勢(shì)。由于創(chuàng)新性電路設(shè)計(jì)，這類 IC 現(xiàn)在已經(jīng)變成現(xiàn)實(shí)了。

信息娛樂(lè)系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

汽車應(yīng)用的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)富有挑戰(zhàn)性，這有很多原因：空間高度受限，工作溫度范圍必須很寬，必須最大限度地降低噪聲，必須容許電池瞬態(tài)，質(zhì)量必須很高。既然集成度必須很高，那么就需要高效節(jié)能的組件。今天的汽車儀表板上有各種電子系統(tǒng)，相當(dāng)擁擠，再加上很高的環(huán)境工作溫度，所以溫度監(jiān)視成了關(guān)鍵要求，尤其是涉及電源管理組件的工作溫度時(shí)。如果能向系統(tǒng)控制器報(bào)警，通知控制器發(fā)生了過(guò)熱情況，就可以通過(guò)軟件關(guān)閉少量電路功能，或者降低處理器性能以及顯示器、網(wǎng)絡(luò)通信等其他大功率組件的性能，以此減輕過(guò)熱問(wèn)題。

今天的汽車儀表板常常擠滿了大量噪聲源和溫度敏感源，例如無(wú)線電、藍(lán)牙、GPS 和基于手機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接。因此，至關(guān)重要的是，這個(gè)環(huán)境中的所有電路 (包括電源) 都不能產(chǎn)生過(guò)多的熱量或 EMI。在很多情況下，都有嚴(yán)格的電磁兼容性 (EMC) 要求，其中涵蓋了輻射與傳導(dǎo)噪聲、抗輻射與傳導(dǎo)性或輻射與傳導(dǎo)敏感性以及靜電放電 (ESD)。在一個(gè)可能的 PMIC 設(shè)計(jì)中，要符合所有這些要求，就會(huì)牽涉很多性能問(wèn)題。有些要求是簡(jiǎn)單易懂的，例如要求 DC-DC 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器以 AM 無(wú)線電頻段以外的固定頻率工作。然而，還有一些要求難以滿足，例如調(diào)節(jié)內(nèi)部功率 FET 的轉(zhuǎn)換率，以最大限度地降低 DC-DC 轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換引起的輻射噪聲。

此外，今天很多嵌入式系統(tǒng)和先進(jìn)的處理器在電源啟動(dòng)和加到各種不同的電路上時(shí)，都要求受控和精心設(shè)計(jì)的排序。排序方法要簡(jiǎn)單并能為系統(tǒng)提供靈活性，這樣才不僅能使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更容易，而且能確保系統(tǒng)可靠性，并允許單個(gè) PMIC 滿足更多的系統(tǒng)要求，而不僅是特定處理器的要求。

“功能蔓延”指的是即產(chǎn)品規(guī)格 (例如：輸入和輸出電壓以及輸出電流等) 隨著開(kāi)發(fā)周期的推進(jìn)而發(fā)生的變化，這會(huì)嚴(yán)重破壞 IC 及相關(guān)分立組件的選擇。當(dāng)電路板布局確定后，要改變系統(tǒng)的性能規(guī)格時(shí)，在最好的情況下，也許通過(guò)更換可調(diào)輸出轉(zhuǎn)換器上的幾個(gè)電阻器，就可以微調(diào)電壓了。在最壞情況下，因?yàn)樾碌妮敵鲭娏饕�求超過(guò)了已采用 IC 的開(kāi)關(guān)電流額定值，也許需要用管腳引出線不兼容的 IC 替換幾個(gè) IC。由于電路板的重新設(shè)計(jì)和重新布局，這將大量導(dǎo)致成本增加及時(shí)間延遲。因此需要高度專業(yè)化、高性能、可配置的電源管理 IC，以恰當(dāng)管理電源系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的所有性能優(yōu)勢(shì)都得以實(shí)現(xiàn)，并為不可避免的電源系統(tǒng)更改提供靈活性。直到現(xiàn)在為止，還沒(méi)有單個(gè) IC 能完成這種任務(wù)。

總之，汽車信息娛樂(lè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師面臨的主要 IC 設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)包括以下各項(xiàng)：

在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)階段更改設(shè)計(jì)要求 (電壓和電流值)

很多系統(tǒng)需要大量 <5V 的軌

在開(kāi)發(fā)工作結(jié)束之前，每個(gè)軌的電流要求常常是未知的 (例如，F(xiàn)PGA 有不受軟件影響的 ICC)

每次修改之后，類似應(yīng)用在 DC/DC 電流要求上可能有很大差別

符合 ISO26262 規(guī)范要求，該規(guī)范旨在降低與軟件有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，以在汽車中實(shí)現(xiàn)安全功能

平衡功耗和多個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的高集成度

抵抗從瞬態(tài)到冷車發(fā)動(dòng)情況的各種嚴(yán)酷電壓變化

監(jiān)視電源 IC 芯片溫度

最大限度地減小解決方案尺寸和占板面積

最大限度地降低 EMI 和噪聲輻射

一種簡(jiǎn)單的解決方案

過(guò)去，多種多輸出 PMIC 不具備應(yīng)對(duì)這類新式系統(tǒng)的靈活性。上面概述了要滿足汽車電源管理 IC 設(shè)計(jì)限制的任何解決方案都必須：集成度很高;包括具備低壓能力、提供中等電流的降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器;有很寬的工作溫度范圍;有很高的靈活性。設(shè)計(jì)師所需要的是多通道、可配置 DC/DC 轉(zhuǎn)換器以應(yīng)對(duì)所有這些問(wèn)題，采用單個(gè)器件提供高集成度和可配置性，同時(shí)滿足大量應(yīng)用需求。

靈活的 8 通道降壓型穩(wěn)壓器

LTC3375 是一款高集成度、通用電源管理解決方案，適用于需要多個(gè)低壓電源的系統(tǒng)。該器件采用緊湊的 QFN 封裝，提供 8 個(gè)獨(dú)立的 1A 通道，具備 I2C 控制、靈活的排序和故障監(jiān)視。LTC3375 含有 8 個(gè)內(nèi)部補(bǔ)償?shù)母咝�率同步降壓型穩(wěn)壓器和一個(gè)高壓、始終保持接通的線性控制器。每個(gè)降壓型穩(wěn)壓器都有自己獨(dú)立的 2.25V 至 5.5V 輸入電源和 0.425V 至 VIN 的輸出電壓范圍。該器件的按鈕 ON/OFF/RESET 控制、電源接通復(fù)位和看門狗定時(shí)器提供靈活和可靠的上電排序及系統(tǒng)監(jiān)視。LTC3375 具有一個(gè)可編程、可同步的 1MHz 至 3MHz 振蕩器，缺省開(kāi)關(guān)頻率為 2MHz。所有 DC/DC 斷開(kāi)時(shí)，靜態(tài)電流僅為 11µA，從而降低了始終保持接通系統(tǒng)的功率。該器件非常適用于多種多通道應(yīng)用，包括工業(yè)、汽車和通信系統(tǒng)。