自動(dòng)駕駛汽車具有低EMI／EMC輻射的高壓轉(zhuǎn)換器解決方案

未來自動(dòng)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(dòng)力。當(dāng)然，電壓和電流水平會(huì)發(fā)生變化;然而，對(duì)低EMI/EMC輻射的要求不會(huì)消失，它們需要運(yùn)行的惡劣環(huán)境也不會(huì)消失。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在和將來有越來越多的解決方案可以幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，即使2030年代中期似乎還有很長的路要走。

自動(dòng)駕駛汽車的時(shí)間表

毫無疑問，自動(dòng)駕駛汽車即將到來，即使一路上有一些挫折。所以，有幾個(gè)好的問題可能是：我們什么時(shí)候能到達(dá)那里，需要多長時(shí)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語：一個(gè)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(dòng)駕駛功能），另一個(gè)是革命性的術(shù)語，即我們擁有完全自動(dòng)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(huì)自行成功;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？以下是將要取得的進(jìn)步列表：

更高級(jí)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(dòng)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(dòng)功能的車輛應(yīng)該能夠在十字路口、交通信號(hào)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(dòng)化的汽車，在緊急情況下仍然需要一個(gè)真正的人站在前面。展望未來，比如說到2024年，這些半自動(dòng)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(gè)時(shí)間范圍，電梯服務(wù)提供商可能會(huì)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(hào)，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(huì)使自動(dòng)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(shí)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。

圖1.簡化的LT8650S原理圖在2 MHz時(shí)提供5 V/4 A輸出和3.3 V/4 A輸出。

模擬集成電路

全自動(dòng)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(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS），自動(dòng)駕駛計(jì)算機(jī)，自動(dòng)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的電池和/或交流發(fā)電機(jī)供電，在某些情況下，還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(gè)有源元件，因此對(duì)整個(gè)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?yàn)V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(huì)輻射電磁場。電路板上的每一條走線都是天線，每個(gè)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(huì)在整個(gè)信號(hào)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(huì)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Power by Linear Group開發(fā)了LT8650S，這是一款支持高輸入電壓的雙輸出單芯片同步降壓轉(zhuǎn)換器，還具有低EMI/EMC輻射。如圖1所示，它是一種雙通道設(shè)計(jì)，由兩個(gè)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(dòng)目前可用的最低電壓微處理器內(nèi)核。

有關(guān)排放輸出特性，請(qǐng)參見圖2。這種改進(jìn)的EMI/EMC性能對(duì)電路板布局不敏感，即使在使用2層PC板時(shí)也能簡化設(shè)計(jì)并降低風(fēng)險(xiǎn)。LT8650S可在整個(gè)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。

同樣，對(duì)于需要比LT8650S更寬輸入范圍的應(yīng)用，ADI公司還開發(fā)了LT8645S，這是一款具有高輸入電壓能力的單芯片同步降壓轉(zhuǎn)換器，還具有低EMI輻射。如圖3所示，它是一種單通道設(shè)計(jì)，在5 V時(shí)提供8 A輸出。

圖3.簡化的LT8645S原理圖，在2 MHz時(shí)提供5 V/8 A輸出。

有關(guān)排放輸出特性，請(qǐng)參見圖4。這種改進(jìn)的EMI/EMC性能對(duì)電路板布局不敏感，即使在使用2層PC板時(shí)也能簡化設(shè)計(jì)并降低風(fēng)險(xiǎn)。LT8645S可在整個(gè)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。

結(jié)論

未來自動(dòng)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(dòng)力。當(dāng)然，電壓和電流水平會(huì)發(fā)生變化;然而，對(duì)低EMI/EMC輻射的要求不會(huì)消失，它們需要運(yùn)行的惡劣環(huán)境也不會(huì)消失。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在和將來有越來越多的解決方案可以幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，即使2030年代中期似乎還有很長的路要走。

（作者：Tony Armstrong）