汽車電子硬件設(shè)計(jì)的方法

在電子工程專輯上看到博主Rocky的一篇關(guān)于通信行業(yè)硬件設(shè)計(jì)的一篇文章，感嘆不同行業(yè)之間考慮的問(wèn)題是相似的，只是環(huán)境條件不同，功能有差異，可靠性要求有差異。甚至是汽車電子內(nèi)部的不同產(chǎn)品之間的硬件設(shè)計(jì)，也略有些偏重方向上的差異。汽車電子的分支有很多，底盤(pán)和發(fā)動(dòng)機(jī)控制方向偏向于系統(tǒng)控制，能量轉(zhuǎn)換單元偏向于開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)化還有娛樂(lè)類的電子產(chǎn)品與消費(fèi)電子的重合區(qū)間較多一些。而與舊日同事的工作內(nèi)容的交流，大概也印證著著不同分支不同發(fā)展。

1.功耗

現(xiàn)在了解下來(lái)，12V鉛酸電池的容量大概在50～100Ah。這里所說(shuō)的功耗，不僅僅是指工作時(shí)候的功耗，也包括待機(jī)功耗。前者見(jiàn)于娛樂(lè)系統(tǒng)，萬(wàn)一把汽車玩沒(méi)電了，發(fā)動(dòng)不起來(lái)就搞笑了。前幾天做過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，用15V150A的電源是無(wú)法發(fā)動(dòng)汽車的，啟動(dòng)時(shí)候需要的瞬時(shí)功率是非常高的，也對(duì)電池的容量提出了較高的要求。而休眠的功耗將直接決定汽車的存放天數(shù)，雖說(shuō)電子設(shè)備越來(lái)越多，但是少于1個(gè)月就無(wú)法發(fā)動(dòng)還是讓人無(wú)法接受。特別是將來(lái)的PHEV和EV，電壓一低，主繼電器都無(wú)法吸合了。

2.可靠性

與通信設(shè)備（相信還是要細(xì)分為家庭用，野外用的）相比，惡劣的條件和與安全相關(guān)的屬性，以及人們?cè)絹?lái)越高的保修期的要求（韓國(guó)車企在美國(guó)的終身保修政策實(shí)在讓人覺(jué)得很有壓力），使得所有模塊的開(kāi)發(fā)模式都可能受到一定的改變。MTBF和功能故障DFMEA的結(jié)合使用，使得整個(gè)設(shè)計(jì)需要更為的全面。

3. 熱設(shè)計(jì)與熱分析

VOLT配置了三套冷卻系統(tǒng)，相信功率轉(zhuǎn)換單元越來(lái)越多的使用，將會(huì)加大對(duì)于整個(gè)模塊熱分析與熱設(shè)計(jì)的難度。當(dāng)然當(dāng)熱累積到一定程度，就得考慮從整個(gè)車?yán)锩媾懦鋈ィ?strong>器件級(jí)別的散熱設(shè)計(jì)反而相對(duì)而言比較簡(jiǎn)單（按照以前的計(jì)算和仿真結(jié)果，一般大功率應(yīng)用中IGBT和MOSFET值得注意，其他的只要選好了合適的LDO一般問(wèn)題不大）。

4.器件采購(gòu)與成本控制

有趣的是，本土的公司，都往往使用最好的芯片。這是以前從BYQ同事告訴我的，都用好東西才可能不會(huì)出錯(cuò)，至少芯片一級(jí)可以提供支持和保證。先天的就去削減一些測(cè)試的費(fèi)用，實(shí)際上降成本的前提，就是需要得到每個(gè)器件的stress和margin，才能進(jìn)行技術(shù)成本優(yōu)化。沒(méi)有金剛轉(zhuǎn)，別攬瓷器活。

5.DFM 和DFT

要是不能生產(chǎn)或者出廠了一些不合格品，代價(jià)會(huì)是讓人震驚。因此EOL的設(shè)備的造價(jià)往往高的嚇人。有些地方處于成本的考慮，還得在下線之前 calibration之后才能使用。

6.EMC和EMI

我以前覺(jué)得電子模塊的EMC和EMI挑戰(zhàn)很大，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)源頭可能是汽車上那么多線束。由于有著諸多的感性負(fù)載和分布性的特點(diǎn)，上次電源供應(yīng)商問(wèn)我12V電池本身出來(lái)是否有紋波？讓我覺(jué)得很詫異，到了車上，從哪些地方傳導(dǎo)耦合或者空間耦合過(guò)來(lái)一定幅度的噪聲都別覺(jué)得奇怪，未來(lái)電氣化的車子更是如此。其實(shí)整車級(jí)別的EMC才麻煩呢，君不見(jiàn)都是一輛輛打包出去測(cè)試滴。

7.法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)

我現(xiàn)在才發(fā)現(xiàn)有那么多的標(biāo)準(zhǔn)，地區(qū)的，行業(yè)的，國(guó)際的，國(guó)家的；主要以測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為主，還有安全標(biāo)準(zhǔn)等，前面有過(guò)一些介紹。幸好，國(guó)內(nèi)的始終是最容易過(guò)的，如果大家想這么沒(méi)追求的話。

8.電源設(shè)計(jì)

這塊確實(shí)是一個(gè)較大的問(wèn)題，面對(duì)著越來(lái)越集成的系統(tǒng)，傳統(tǒng)的LDO好像有些變化了。與Rocky相同的觀點(diǎn)也是，遇到模擬信號(hào)采集的時(shí)候，電源的誤差與干擾本身也是需要考慮進(jìn)去的，如果某些模擬傳感器線束太長(zhǎng)，可能需要對(duì)地線也做一些考慮。

9.噪聲和振動(dòng)

繼電器，大電感和其他磁性元件，都是可能發(fā)聲的。而且后兩者對(duì)振動(dòng)也是相對(duì)敏感的，未來(lái)電氣化的過(guò)程中將會(huì)使用大量的平板變壓器和大電感，相信這塊是設(shè)計(jì)的重災(zāi)區(qū)。

對(duì)原本的11條觀點(diǎn)做了一些敘述吧，我感覺(jué)在以前該說(shuō)的已經(jīng)說(shuō)了一兩次了，該寫(xiě)的已經(jīng)寫(xiě)了一兩次。希望自己以一個(gè)產(chǎn)品/系統(tǒng)工程師的角度來(lái)關(guān)注和詮釋硬件設(shè)計(jì)方法，祝巖兄在此路上走得愉快些，以前的硬件組的同事們一切順利。