現(xiàn)代生活越來越依賴隨時(shí)在線，與同事、社交圈、家人、智慧家庭裝置等保持互動(dòng)，人們對無縫連接的渴望推動(dòng)著車載資訊娛樂系統(tǒng)的變化。根據(jù)分析，新穎且更好的車載設(shè)備更符合當(dāng)今的數(shù)位生活風(fēng)格，而外型好看也有避免駕駛分心的功能，因此，對車載設(shè)備的需求推動(dòng)了資訊娛樂系統(tǒng)市場，其市值估計(jì)在2020年前將超過350億美元。

從設(shè)計(jì)的角度來看，資訊娛樂設(shè)備變得越來越複雜。雖然一臺(tái)包括網(wǎng)路連接、智慧手機(jī)連接、輔助慣性感測的衛(wèi)星導(dǎo)航、攝像機(jī)輸入、圖形化觸控式螢?zāi)弧槠渌丝吞峁┒囡@示輸出等多功能的裝置仍支援傳統(tǒng)舊有功能，但簡單的DIN尺寸收音機(jī)/ CD播放器的年代實(shí)已一去不復(fù)返。

複雜系統(tǒng)的功耗要求

這一切都需要儀錶板後的大量電路，有大量的工程功夫。空間十分有限，雖然半導(dǎo)體整合可以達(dá)到某種程度，但仍舊要使用到多種積體電路(IC)，包括高性能處理器或FPGA、ASIC、介面晶片、顯示控制器、類比元件等等。因此需要更多的電源軌，以各種電壓運(yùn)行，涵蓋1.5-3.3V的低壓邏輯元件，5V、8V或9V的舊式調(diào)諧器和CD電路，10-12 V的控制臺(tái)照明等其他電路。過去需要較少的電源電壓要求時(shí)，工程師可以使用個(gè)別調(diào)節(jié)器確保每一電軌的功率控制。由於空間限制對設(shè)計(jì)決策有更大影響，這種做法變得不適用。

熱管理也應(yīng)該慎重考慮。額外元件和相關(guān)的電源產(chǎn)生了額外熱量，而熟悉的熱威脅，例如來自太陽和發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量，則仍像以往一樣強(qiáng)烈。此外有許多雜訊源要處理，如手機(jī)發(fā)射器、藍(lán)牙、雷達(dá)或雷射雷達(dá)設(shè)備、引擎點(diǎn)火和汽車配線的電快速瞬變。

此外，因?yàn)橘Y訊娛樂系統(tǒng)的電源要求更複雜，搭載許多額外元件，車輛整體的能效越顯重要，特別是消費(fèi)者渴望能源更經(jīng)濟(jì)的汽車，汽車行業(yè)也正朝電動(dòng)車（EV）發(fā)展，這時(shí)候，電池電力與駕駛範(fàn)圍之間的關(guān)係對終端使用者來說非常重要。

新一代功能豐富的連線車載資訊娛樂系統(tǒng)的電源管理必須考慮到所有這些因素。僅僅擴(kuò)展傳統(tǒng)的方法，使用一系列分離穩(wěn)壓器為各軌道供電，可以形成一個(gè)包含大量個(gè)別元件的系統(tǒng)，如圖一所示。各穩(wěn)壓器外部所需的被動(dòng)組件進(jìn)一步增加了方案尺寸和物料清單成本。

圖一 : 使用分離的穩(wěn)壓器為大量的電壓軌供電增加了元件數(shù)量和方案尺寸。

整合的替代方案

因此，需要電源管理IC（PMIC）等更整合的方法，但是設(shè)計(jì)人員需要斟酌。如果根據(jù)最新資訊娛樂系統(tǒng)的要求而設(shè)計(jì)PMIC，最終方案可能過度整合，包含了不需要的功能。相反的，與系統(tǒng)需求相關(guān)的一些輸出可能被忽視。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)念~定功率軌的PMIC，整合增值功能，節(jié)省外部元件和成本，並提供所需的調(diào)整靈活性以滿足個(gè)別的系統(tǒng)要求。

以安森美半導(dǎo)體在設(shè)計(jì)用於汽車資訊娛樂應(yīng)用的LV56851UV多輸出系統(tǒng)電源IC時(shí)採用的方案為例說明。共有五個(gè)晶片上線性穩(wěn)壓器（LDO），以及一個(gè)高邊開關(guān)。這種整合方案還簡化了必要的保護(hù)機(jī)制，包括電源過壓和過流保護(hù)，以及熱保護(hù)，如果晶片溫度超過140°C和啟動(dòng)熱關(guān)斷超過攝氏175度C，則生成警告，有效防止損傷。

此外，電池電壓檢測和輔助（ACC）電源電壓監(jiān)測等整合功能省去了額外的外部元件。提供外部放大器電源（AMP）進(jìn)一步幫助節(jié)省整體元件，IC還提供強(qiáng)制重置功能，幫助設(shè)計(jì)人員滿足汽車電氣系統(tǒng)的國際安全要求。圖二展示了LV56851UV關(guān)於資訊娛樂系統(tǒng)的功率要求的特徵，對比如圖一所示的分離元件的設(shè)計(jì)。

圖二 : 整合的多輸出電源IC優(yōu)化以滿足資訊娛樂系統(tǒng)的要求。

5個(gè)LDO設(shè)計(jì)用於為3.3-5.5V和1.25-5V的邏輯元件和處理器供電，以及音訊/調(diào)諧器和CD的電路、10-12V的照明供電。整合的高邊開關(guān)可用於?明管理連接設(shè)備如智慧手機(jī)或車內(nèi)個(gè)人媒體播放機(jī)的USB埠。

該元件的一個(gè)重要特性是系統(tǒng)、音訊、CD和照明輸出的I2C可程式設(shè)計(jì)性。這不僅使個(gè)別軌道根據(jù)需要被打開或禁用，還支援輸出電壓的調(diào)節(jié)。為設(shè)計(jì)人員提供滿足個(gè)別系統(tǒng)要求的靈活性，或快速應(yīng)變各種設(shè)計(jì)變化，而不需改變外部元件。高邊開關(guān)輸出也可以利用I2C的指令來啟用或禁用。

整合的系統(tǒng)電源IC

幫助節(jié)省PCB空間和降低物料清單成本的附加功能，包括內(nèi)置電池電壓檢測，省去了通常包括三個(gè)電晶體、兩個(gè)二極體、兩個(gè)電容和四個(gè)電阻的傳統(tǒng)齊納檢測電路。圖二比較典型的分離電路和板載LV56851UV的整合檢測電路。檢測精度也提高到±3%，而傳統(tǒng)電路由於一個(gè)齊納二極體的典型容差，準(zhǔn)確度不能優(yōu)於+/-5%。此外，分離方案的欠壓和過壓檢測閾值通常高度依賴溫度。相比之下，整合的檢測電路具有非常穩(wěn)定的溫度特性。

圖三 : 圖左右為整合的電池電壓檢測電路節(jié)省元件數(shù)和PCB面積。

如果需要電池過長時(shí)間運(yùn)行配件，LV56851UV 提供的ACC欠壓檢測也保護(hù)汽車免受配件上過低電壓的損傷。利用晶片上積體電路，省去了8個(gè)分離元件，包括一個(gè)齊納二極體、電晶體和電容器，以及五個(gè)電阻。內(nèi)建重置電路也增強(qiáng)了溫度穩(wěn)定性和檢測精度。I2C匯流排連接提供了一個(gè)管道，向主系統(tǒng)控制器報(bào)告電池電壓和ACC電壓，以及其他診斷資訊。

簡潔的HZIP15以15引腳的封裝外形提供強(qiáng)大功能。調(diào)節(jié)器輸出的額定輸出電流專為連接電路供電，例如直流輸出的1500 mA額定輸出，可藉由I2C指令設(shè)定在5V和8V之間，該IC具有非常低的靜態(tài)電流，待機(jī)功耗僅為60μA。

使用一個(gè)整合的系統(tǒng)電源IC，代替一個(gè)分離的穩(wěn)壓器陣列或一個(gè)不太適合當(dāng)今資訊娛樂系統(tǒng)的「最合適」晶片，不僅有助於管理面板尺寸、減少物料清單，將能效推到最高，盡量防止熱威脅，還能簡化設(shè)計(jì)，有助於減少重量，從而將資訊娛樂系統(tǒng)對汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的影響降到最低。

總結(jié)

未來汽車資訊娛樂邁向更精密的系統(tǒng)，為駕駛員和乘客提供卓越的體驗(yàn)。更多的便利和連接需要額外的功能，但必須使元件數(shù)和電路最小化，而更好的半導(dǎo)體整合則提供了前進(jìn)的方向，包括電源管理子系統(tǒng)的整合。

(本文作者為安森美半導(dǎo)體應(yīng)用工程師)

**刊頭圖(Source：Harman International)