高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 的快速發(fā)展增加了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性和需求，這需要高性能處理器來(lái)處理物體識(shí)別、傳感器融合和決策等任務(wù)。這種復(fù)雜性的增加為電源管理方面帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。從車輛的電池（12V、24V 或 48V）開始，前置穩(wěn)壓器降低電池電壓以向負(fù)載點(diǎn) (PoL) 降壓轉(zhuǎn)換器饋電，從而為處理器提供實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行所需的精確電壓。此外，該設(shè)計(jì)非常注重滿足整個(gè)系統(tǒng)的功能安全要求，功率級(jí)對(duì)于滿足這些要求起著至關(guān)重要的作用。

80V 雙通道降壓控制器LM5137F-Q1和6V、30A雙相降壓轉(zhuǎn)換器TPS62883-Q1等解決方案能為高電流汽車處理器供電，同時(shí)幫助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高達(dá)汽車安全完整性等級(jí) (ASIL) D 的功能安全合規(guī)性。

可滿足高達(dá)ASIL D的系統(tǒng)要求

TPS62883-Q1是一款 TI 功能安全合規(guī)型 30A 降壓轉(zhuǎn)換器，根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 26262 標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)。該器件屬于可擴(kuò)展產(chǎn)品系列，提供引腳兼容選項(xiàng)，額定電流為 12A 至 30A，支持可堆疊架構(gòu)以提供超過(guò) 100A 的負(fù)載，從而滿足對(duì)更高電流需求不斷增長(zhǎng)的現(xiàn)代 ADAS 片上系統(tǒng) (SoC) 的電源要求。圖1展示了采用堆疊配置的兩個(gè) TPS62883-Q1 轉(zhuǎn)換器。

圖1 采用堆疊配置的兩個(gè)TPS62883-Q1器件

TPS62833-Q1 提供安全合規(guī)型內(nèi)部監(jiān)控功能，從而外部輸出電壓監(jiān)控。此外，通過(guò) I2C 改變輸出電壓可同時(shí)對(duì)輸出電壓控制環(huán)路和內(nèi)部輸出電壓監(jiān)控生效。該功能消除了動(dòng)態(tài)或自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)期間輸出電壓監(jiān)控中的盲點(diǎn)。通過(guò) I2C 兼容接口進(jìn)行的通信可受到循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC) 保護(hù)，以便 MCU 可以檢測(cè)并標(biāo)記總線通信中的位錯(cuò)誤。

此外，TPS62883-Q1 還可根據(jù)其熱警告閾值提供警告，并在系統(tǒng)出現(xiàn)欠壓或過(guò)壓鎖定等嚴(yán)重故障情況時(shí)進(jìn)入安全狀態(tài)。該器件還具有 nINT 故障引腳，可在發(fā)生故障時(shí)將信號(hào)發(fā)送給微控制器 (MCU)，然后微控制器可以根據(jù)應(yīng)用要求執(zhí)行必要的操作。

改善ADAS處理器應(yīng)用的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

滿足高電流要求并不是電源領(lǐng)域面臨的唯一挑戰(zhàn)。事實(shí)上，負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)對(duì)于維持高性能處理器的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。處理需求的快速變化會(huì)導(dǎo)致功耗突然變化，從而導(dǎo)致電壓下沖和過(guò)沖，進(jìn)而可能觸發(fā)故障。快速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)對(duì)于這些 SoC 的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。

SoC 為其每個(gè)電源電壓指定一個(gè)定義的容差。內(nèi)核電壓軌是最重要的，這是因?yàn)殡娫措娏鞯膭?dòng)態(tài)性較高，電壓較低，容差為毫伏級(jí)。

負(fù)載瞬態(tài)的總預(yù)算取決于多種因素，如圖2所示。通常，您需要一個(gè)較大的剩余窗口來(lái)支持負(fù)載瞬態(tài)電壓偏差，因?yàn)檫@允許使用較低的輸出電容。TPS62883-Q1 具有 ±0.5% 的直流輸出電壓精度和內(nèi)部電壓監(jiān)控功能，可消除外部電壓監(jiān)控引入的額外容差。

圖2 基于內(nèi)核電源電壓容差的負(fù)載瞬態(tài)預(yù)算

TPS62883-Q1 還包含靈活的壓降補(bǔ)償，使您能夠嚴(yán)格地根據(jù)設(shè)計(jì)要求定制壓降行為。該功能根據(jù)輸出電流來(lái)調(diào)節(jié)標(biāo)稱輸出電壓，從而使輸出電壓在零輸出電流和最大輸出電流之間線性調(diào)節(jié)。

如圖3所示，在空載條件下，輸出電壓被設(shè)置為略高于其標(biāo)稱值，在最大負(fù)載條件下，輸出電壓被設(shè)置為略低于其標(biāo)稱值。因此，壓降補(bǔ)償有助于在重負(fù)載階躍或負(fù)載釋放時(shí)將輸出電壓保持在一定的容差范圍內(nèi)。

此外，與單相設(shè)計(jì)相比，TPS62883-Q1 的雙相設(shè)計(jì)可提供更高的環(huán)路帶寬和明顯更低的輸出電壓紋波，從而為負(fù)載瞬態(tài)提供額外的余量。通過(guò)結(jié)合使用這些功能，您可以減小輸出電容并滿足嚴(yán)格的負(fù)載瞬態(tài)要求，同時(shí)降低成本和整體系統(tǒng)復(fù)雜性。

圖3 隨輸出電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的電壓

為幫助您簡(jiǎn)化功能安全系統(tǒng)級(jí)認(rèn)證，德州儀器提供業(yè)界通用報(bào)告和其他資源，包括功能安全時(shí)基故障率以及失效模式影響和診斷分析 (FMEDA) 等 IC 級(jí)文檔。

結(jié)語(yǔ)

隨著車輛向自動(dòng)駕駛方向發(fā)展，ADAS 的復(fù)雜性不斷顯著增加，因此對(duì)應(yīng)用處理器的功率需求也不斷增加。同時(shí)，功能安全也至關(guān)重要，因?yàn)檫@些系統(tǒng)需要可靠，以供用戶依賴。在可堆疊配置中使用 TPS62883-Q1 可實(shí)現(xiàn)超過(guò) 100A 的內(nèi)核電源，并聯(lián)使用時(shí)可幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高達(dá) ASIL D 的功能安全合規(guī)性。