ADAS是高級駕駛員輔助系統(tǒng)的英文縮寫,，它在當今許多新型汽車和卡車中很常見,。此類系統(tǒng)通常有助于安全駕駛；當檢測到周圍物體（例如不遵守交通規(guī)則的行人,、騎車人,，甚至有其他車輛位于不安全的行駛軌跡上）構成風險時，系統(tǒng)可以向駕駛員提供警報！此外，這些系統(tǒng)通常提供自適應巡航控制,、盲點檢測、車道偏離警告,、駕駛員困倦監(jiān)控,、自動制動、牽引控制和夜視等動態(tài)特性,。因此,，消費者對安全性日益增強的重視、對駕駛舒適性的要求以及政府安全法規(guī)的不斷增加,，是未來十年后半時期汽車ADAS的主要增長動力,。
這種增長對行業(yè)來說并不是沒有挑戰(zhàn)，包括價格壓力,、通貨膨脹、復雜性和系統(tǒng)測試的困難性,。此外,，歐洲汽車行業(yè)是最具創(chuàng)新性的汽車市場之一，這點不足為奇,，ADAS的市場滲透率和客戶接受度均有重大突破,。不過，美國和日本汽車制造商也不甘落后,。最終目標是實現無需人類在方向盤后面干預的自動駕駛,！
系統(tǒng)難題
一般來說，ADAS集成了一些微處理器來收集車內眾多傳感器提供的所有輸入,，然后進行處理,，以便可以將其方便易懂地呈現給駕駛員。此外,，這些系統(tǒng)通常由車輛主電池直接供電,，其標稱電壓為9 V至18 V，但由于系統(tǒng)內部的電壓瞬變,，電壓可能高達42 V,，而在冷啟動期間，電壓可能低至3.4 V,。因此,，這些系統(tǒng)中的任何DC-DC轉換器都必須至少能夠處理3.4 V至42 V的寬輸入電壓范圍。另外,，許多雙電池系統(tǒng)（例如卡車中常見的雙電池系統(tǒng)）需要更寬的輸入范圍,，上限推高至65 V,。因此，一些ADAS制造商將其系統(tǒng)設計為覆蓋3.4 V至65 V的輸入范圍,，使其可用于汽車或卡車中,，同時在制造過程中獲得規(guī)模經濟的好處。
大部分ADAS使用5 V和3.3 V電源軌為其各種模擬和數字IC器件供電,。相應地,，此類系統(tǒng)的制造商更喜歡使用單個轉換器來同時解決單電瓶和雙電瓶配置。此外,，該系統(tǒng)通常安裝在車輛中空間和散熱均受限制的部分中,，這會給用于散熱目的的散熱器帶來限制。雖然采用高壓DC-DC轉換器直接從電池產生5 V和3.3 V電源軌是司空見慣的,，但在如今的ADAS中,，開關穩(wěn)壓器也必須達到2 MHz或更高的開關頻率，而非以前的500 kHz以下開關頻率,。這一變化背后的關鍵驅動力是需要更小尺寸的解決方案,，同時也要保持在AM頻段之上，以避開任何潛在的干擾,。
另外,，好像設計人員的任務還不夠復雜一樣，他們還必須確保ADAS符合車內各種抗噪標準,。在汽車環(huán)境中,，開關穩(wěn)壓器正在取代那些重視低發(fā)熱和高效率的區(qū)域中的線性穩(wěn)壓器。而且,，開關穩(wěn)壓器通常是輸入電源總線上的第一個有源部件,，因此對整個轉換器電路的EMI性能有著重要影響。
EMI發(fā)射有兩類：傳導和輻射,。傳導發(fā)射位于連接到產品的電線和走線上,。由于該噪聲局限于設計中的特定端子或連接器，因此在開發(fā)過程中借助良好的布局或濾波器設計,，通?？梢韵鄬θ菀椎乇ＷC符合傳導輻射要求。
不過,，輻射發(fā)射完全是另一回事,。電路板上任何承載電流的東西都會輻射電磁場。電路板上的每一條走線都是一根天線,，每個銅層都是一個諧振器,。除了純正弦波或直流電壓以外，任何其他東西都會在整個信號頻譜上產生噪聲,。即使精心設計,，在系統(tǒng)進行測試之前,，電源設計人員也并不真正知道輻射發(fā)射會有多糟糕——而輻射發(fā)射測試只有在設計基本完成之后才能正式進行。
常常使用濾波器來衰減特定頻率或一定頻率范圍的信號強度,，從而降低EMI,。通過空間傳播（輻射）的這部分能量可通過添加金屬和磁屏蔽來衰減。位于PCB走線（傳導）的能量部分可通過添加鐵氧體磁珠和其他濾波器來抑制,。EMI無法消除,，但可以衰減到其他通信和數字器件能夠接受的水平。此外,，多家監(jiān)管機構通過實施相關標準來確保產品合規(guī),。
圖1.提供5 V、8 A,、2 MHz輸出的LT8645S原理圖
現代輸入濾波器采用表面安裝技術擁有比通孔器件更好的性能,。但是，這種改善跟不上開關穩(wěn)壓器工作頻率增加的步伐,。更高的效率,、較短的開/關時間和更快的開關躍遷，導致諧波含量更高,。所有其他參數（如開關容量和轉換時間）保持不變時,，開關頻率每增加一倍，EMI就會惡化6 dB,。如果開關頻率增加10倍，寬帶EMI就會像輻射增加20 dB的一階高通濾波器一樣,。
有經驗的PCB設計人員會將熱環(huán)路變小,，并讓屏蔽接地層盡可能靠近有源層。盡管如此,，器件引腳排列,、封裝結構、散熱設計要求以及在去耦元件中儲存充足能量所需的封裝尺寸,，都要求某一最小尺寸的熱環(huán)路,。更復雜的是，在典型平面印刷電路板中,，走線之間高于30 MHz的磁性或變壓器式耦合會削弱所有濾波器的作用,，因為諧波頻率越高，不良磁耦合就越顯著,。
低EMI輻射的高電壓DC-DC轉換器
鑒于上文所述的應用限制,，ADI公司Power by Linear?部門開發(fā)出LT8645S——一款支持高輸入電壓、單芯片,、低EMI輻射的同步降壓轉換器,。其輸入電壓范圍為3.4 V至65 V,，因而既適合汽車應用，也適合卡車應用,，包括ADAS,，后者必須勝任冷啟動和啟停場景下的調節(jié)，最低輸入電壓低至3.4 V,，電源切斷瞬變超過60 V,。如圖1所示，該器件采用單通道設計,，提供5 V,、8 A輸出。開關頻率為2 MHz時,，其同步整流拓撲可實現高達94%的效率,，而在空載待機條件下，突發(fā)工作模式(Burst Mode?)保持靜態(tài)電流低于2.5 μA,，因此非常適合始終開啟的系統(tǒng)使用,。
LT8645S的開關頻率可以在200 kHz到2.2 MHz范圍內進行編程，并且在整個頻率范圍內都支持同步,。其獨特的Silent Switcher? 2架構集成了內部輸入電容以及內部BST和INTVCC電容,，以縮小解決方案尺寸。結合嚴格受控的開關邊沿和集成接地層的內部結構,，并用銅柱代替鍵合線,，LT8645S的設計大大降低了EMI輻射。此外,，其Silent Switcher 2設計還能在任何印刷電路板（PCB,，包括2層PCB）上提供魯棒的EMI性能。而且,，與其他類似轉換器相比,，它對PCB布局的敏感度要低得多。這是因為,，LT8645S的內部雙路輸入,、BST和INTVCC電容將熱環(huán)路面積減至最小，使性能達到新的水平,。它仍然需要兩個外部輸入電容,，但不再嚴格要求把這些電容放在盡可能靠近輸入引腳的位置。結合內部電容（其使熱環(huán)路面積最?。?，BT襯底的集成接地層使EMI性能顯著提高（見圖2）。多層BT襯底還使I/O引腳能夠使用與QFN封裝完全相同的圖案,，同時支持實現大型接地焊盤,。這種層壓式QFN (LQFN)封裝比標準QFN更柔韌且更靈活,，其焊點可靠性在板級溫度循環(huán)期間表現出好得多的性能，使得客戶在以前只能使用含鉛器件的情況下可以使用LQFN,。
在整個負載范圍內,，LT8645S可以輕松符合汽車CISPR25、Class 5峰值EMI限制,。還可以使用擴頻頻率調制進一步降低EMI水平（圖2）,。LT8645S內置高效率頂部和底部功率開關，并將必要的升壓二極管,、振蕩器以及控制和邏輯電路集成到單個芯片中,。低紋波突發(fā)工作模式可在低輸出電流下保持高效率，同時使輸出紋波低于10 mV p-p,。最后,，LT8645S采用小尺寸散熱增強型4 mm×6 mm、32引腳LQFN封裝,。
圖2.LT8640S輻射EMI性能圖
結論
ADAS在汽車和卡車市場中的推廣不會很快結束,。同樣清楚的是，找到合適的功率轉換器件以滿足所有必要的性能指標,，從而不干擾ADAS,，不是一項簡單的任務。幸運的是,，此類汽車系統(tǒng)的設計人員現在可以獲得ADI公司Silent Switcher 2 DC-DC轉換器提供的強大性能和能力,。這些器件不僅大大簡化了電源設計人員的工作，同時還提供其所需要的全部性能,，而不要求復雜的布局或設計技術,。