如何缩小 ADAS ECU

作者：Nazzareno (Reno) Rossetti, Ph.D. EE 和 Warren Tsai，Maxim Integrated 的业务管理总监

高级驾驶辅助系统 (ADAS) 是汽车电子领域增长最快的部分之一。智能汽车装有 ADAS 电子控制单元 (ECU)，每个都从汽车电池获取电力。每个 ECU 都支持特定的汽车功能，并拥有自己的专用电源管理。由于具有如此高的可变性，对 ECU 的电源管理实施使用离散方法似乎是唯一的选择——也就是说，每个构建块使用一个 ad hoc IC，例如在图 2所示的典型系统中。

然而，这种方法与这些无处不在的设备的另一个重要要求不兼容——特别是小尺寸。本文回顾了三种截然不同的 ECU 应用，并表明即使需要多个构建块，定制的集成电源管理方法也可以轻松解决这一难题。

智能汽车

智能、自动或半自动汽车中的传感设备结合了毫米波雷达、微米波激光雷达和纳米波相机。当跟踪车前的另一辆车时，摄像头用于查找和定位前车，而雷达测量距离。然后使用该信息来决定是否需要减速或制动车辆。在更复杂的系统中，距离是用雷达和激光雷达测量的。与激光雷达和雷达不同，摄像机可以看到颜色，使其成为场景解释的最佳选择。

当今的 ADAS 雷达电源解决方案

汽车中每个符合 ADAS 标准的子系统，无论是雷达、激光雷达还是摄像头模块，都采用了许多稳压器、监视器和看门狗 IC 以确保正常运行。图 2中的分立 ADAS 雷达系统显示了六种不同的 IC，它们为雷达模块核心的单片微波 IC (MMIC) 实施电源管理系统。

图 2：离散 ADAS 雷达电源管理 ECU。

通常，整个模块必须安装在不大于 50 × 50 mm 的 PC 板 (PCB) 上，因此很难容纳所有必要的组件。图 2中的非集成解决方案既占用空间又昂贵。

另一个问题是，正常运行要求电池在低于 6V 时放电（5V 输出加上 1V 高压 [HV] 降压转换器的裕量）。因此，对于要求工作电压低至 4 V 的冷启动规范，该方案需要一个额外的预升压转换器 IC。据估计，离散实施可能需要 1,250 mm 2的电源管理总解决方案面积，或可用空间的一半。

另一方面，单个电源管理 IC 会使所有模块都受到电池电压变化的影响。此外，过高的集成度可能会产生一个巨大的 PMIC，它太大而无法放置在方形 PCB 的可用壁龛中，其中大部分空间都被信号链占用。确实，对集成分区做出正确的决定至关重要。

理想的ADAS雷达电源解决方案

理想的解决方案应在最低电池电压的输入电压下运行，同时承受负载“突降”。图 3显示了图 2中的六个芯片，它们减少到两个。HV 降压转换器可承受负载突降并将电池电压降至 3.3 V，从而允许在其输出附近（远低于 6 V）进行冷启动操作。高密度、低电压 PMIC 集成了后端稳压器。通过这种划分，可以方便地将所需区域分成两块，一块用于前端降压转换器 (HV BUCK)，另一块用于 PMIC，从而可以轻松地将电源管理解决方案“包裹”在信号链电路周围。

图 3：ADAS 雷达 PMIC。

适合这种ADAS雷达应用的小型PMIC是TheMAX 20014，它提供三个高效、低电压DC/DC转换器输出。VOUT1在高达500 mA时将输入电源提升至8.5 V，而两个同步降压转换器在3.0-V至5.5-V输入电压范围内工作，并提供0.8-V至3.8-V输出电压范围，最高可达3 a。

高压降压电路，如Max20075（600 mA/1.2 A），与电池连接。该设备的2.5-A版本（MAX20077）也可用。

在该实施方案中，ADAS雷达功率管理总解决方案面积估计为750 mm2，约为可用面积的三分之一（非集成解决方案为一半）。IC的其他引脚兼容版本可以支持不同的系统要求。

理想的ADAS相机电源解决方案

先前的分区解决方案可以复制用于汽车摄像头ECU。图4显示了ECU内部的PMIC，仅由8.5伏升压转换器和1.8伏降压转换器组成。1.8V导轨为微处理器供电。8.5V导轨通过同轴电缆布线，为远程摄像机供电。

图4：摄像头ECU内的电源PMIC。

为ADAS摄像头ECU应用量身定制的PMIC是theMAX20414，它集成了一个同步升压和一个降压转换器。总溶液面积（PMIC+HV降压）估计约为550mm2。

理想的仪表盘ECU电源解决方案

仪表盘MCU处理仪表板仪表显示的信息。在图5中，SoC微控制器需要两个电源，1.1V为其核心供电，1.8V为外围供电。这里，一个双降压PMIC，如MAX20416，具有双输出、低压降压转换器，适合ADAS微处理器核心和外围电源应用。总溶液面积（PMIC+HV降压）估计约为560mm2。

图5：仪表盘PMIC。

在每种情况下，通过量身定制的方法，实现了将解决方案与负载转储容限的高压前端降压转换器相匹配所需的PMIC集成水平。这导致了成本和PCB面积方面的效率。

这些集成电路在ADAS应用中必须满足的其他要求包括：符合汽车标准、在高频下工作以避免AM无线电频带噪声干扰的能力、满足SoC电源要求的±1.5%精度的输出电压、低EMI发射的扩频以及集成过电压和欠电压监测功能。

结论

我们回顾了三种非常不同的汽车ADAS和ECU应用。在每种情况下，都提出了一种量身定制的整合方法。每个系统被划分为高压前端IC和低压后端PMIC。整个电源管理系统减少到两个IC，通过将其“包裹”在信号链电路上，其复杂程度足以适应ADAS应用所需的有限板空间。

关于作者

Nazzareno（Reno）Rossetti，Maxim Integrated的EE博士，是一位经验丰富的模拟和电源管理专业人士，是一名出版作家，拥有该领域的多项专利。他拥有意大利都灵理工大学电气工程博士学位。

Warren Tsai 是 Maxim Integrated 的业务管理总监。他拥有电子工程和计算机科学学士学位以及加州大学伯克利分校的 MBA 学位。他在职业生涯中担任过各种设计工程、应用工程和产品管理职责，他的团队负责管理 Maxim 的所有汽车电源解决方案。

审核编辑 黄昊宇