智能驾驶系统基础电源树设计

近年来，随着汽车事故预防措施和自动驾驶技术的发展，对支持高等级安全要求(ASIL)的高级驾驶辅助系统(ADAS)的需求也与日俱增。自动驾驶是指由搭载于汽车中的单元代替驾驶员执行人类驾驶汽车的四个要素(通过耳朵和眼睛进行“认知”，通过大脑进行“预测”和“判断”，通过方向盘和油门进行“操作”)的驾驶。要想实现安全的自动驾驶，需要准确的感应和及时的显示和控制。因此，硬件中摄像头和传感器的使用数量呈增加趋势，并且为了能够准确地告知情况，对信息娱乐系统也提出了多功能化要求。

在这种情况下，用于实现安全功能的单元还需要监控内部运行状态，并注意因单元故障而导致的功能丧失情况。这也需要电子电路来监控每个单元内部的运行状态，这将使电子电路变得更复杂，使单元和系统设计需要投入的时间变得更长。

本文即将详细介绍的智能驾驶系统电源树结构。该电源树的前端供电整体有整车电源电池进行。考虑到智驾系统对电源的巨大消耗，通常情况下，该供电电源是采用的高压大电池供电模式。当然，在某些特殊情况下，也可以切换为小电池供电(比如对下电一定时间内启动的哨兵模式，或者新能源车在行驶后期激活的长续航模式)。另外，对于电源唤醒来说，也有不同的唤醒方式(ACC档直接通过IG ON上电打火，CAN网络唤醒报文注入，亦或者其他考虑需要对单独启动芯片唤醒工作的机制)。

市场所需的参考设计

随着车载单元数量的增加以及必须通过电子电路实现的功能的增加，ADAS/信息娱乐系统外围单元的电子电路需要进行以下复杂的设计：

 随着摄像头和传感器数量的增加，需要安装的电子元器件数量也在增加，需要供给的电源轨也变得越来越 复杂，因此需要在成本、尺寸和特性方面进行优化组合。

 由于不能牺牲续航里程，因此就需要高效率的电源系统。

 由于除了功能设计之外还存在其他设计元素(例如 CISPR25 Class5 的噪声标准)，因此不仅需要设计产品 本身，还需要设计整个车载单元。

 要改进单元和系统的安全功能，就需要能够监控电源轨、检测电子电路故(找元器件现货上唯样商城)障并将相应信息传输给 CPU 的 功能。

为了满足此类市场需求，ROHM 开发了满足单元设计所需设计元素的参考设计，并开始公开设计数据。

整个上电管理流程涉及的初始DCDC降压转化，一般是对12V电池供电根据需求转化为较低电压，如5V、3.3V等电压值供不同的芯片进行使用。比如TDA4要求3.3V供电，其他芯片需要5V电压供电，那么只需要在接上PMIC电源管理模块初始变压后，便可以直接通过电压分配控制对智驾系统主体运算芯片进行供电。当然也有一些芯片(如加解串器1.0V-1.8V、CAN收发器5V、以太网Switch1.0V-3.3V等)是需要在初始降压配置后根据自身需求进行二次变压处理Post DCDC。此外，由于智驾系统启动和数据处理之间会有相互的依赖关系。通常情况是根据其处理数据源的不同，会考虑将中央运算芯片SOC/MCU作为对其余芯片的控制使能端。比如，SOC如果用于对视觉感知输入源的数据处理，那么就需要在SOC与加解串器以及与直连的摄像头直接供电的Power Switch之间设置控制连接线(如IIC线)作为使能线调节。此外，如果MCU作为毫米波雷达的数据处理终端(做轨迹规划)，其控制着对毫米波雷达数据的输入和处理的中心任务，相应的Can收发器的使能和电源控制可由智驾域控的MCU进行直接控制也可以直接接入车辆常电。

整个电源树设计过程中，需要进行包含电压反向设计Reverse Voltage、唤醒响应设计WakeUp、稳压设计/变压设计(DCDC、LDO、PMIC)、电源交换机设计Power Switch等。如下罗列了几种典型的芯片选型及相应的特征参数说明。

1)LDO(MPQ20051)：低压差线性稳压器，可提供高达1A的电流和140mV的电压。当输入电压为2.5V到5.5V时，其相应的调整输出电压范围从0.8V到5V。内部 PMOS 传输元件允许130uA 的低接地电流，使MPQ20051适用于电池供电设备。其他功能包括低功耗关断、短路和热保护。

2)DCDC(MAX20074ATBA/V+)：表示降压开关稳压器 IC。最低的汽车同步降压控制器，在轻负载时仅使用3.5µA 的静态电流。

3)DCDC(MPQ2166)：是一款内部补偿、双路、PWM、同步、降压稳压器，可在 2.7V 至 6V 输入电压下工作，并产生低至 0.6V 的输出电压。MPQ2166 可配置为 2A/2A 或 3A/1A 输出电流调节器，由于静态电流低至 60µA。MPQ2166 具有峰值电流模式控制和内部补偿，并且能够进行低压差配置。两个通道都可以100%占空比运行，完整的保护功能包括逐周期电流限制和热关断。

4)PowerSwitch(MAX20086–MAX20089)：双路/四路摄像头电源保护器 IC 为其四个输出通道中的每一个通道提供高达 600mA 的负载电流。

至于PMIC的芯片这里主要应用了如下几种，实现不同的电源管理控制。

5)PMIC(PF71)：这是专为高性能 i.MX 8 处理器设计的电源管理集成电路。它具有五个高效降压转换器和两个线性稳压器，用于为处理器、内存和其他外围设备供电。内置一次性可编程存储器存储关键的启动配置，大大减少了通常用于设置输出电压和外部稳压器顺序的外部组件。稳压器参数可在启动后通过高速 I2C 进行调整，为不同的系统状态提供灵活性。

6)PMIC(TPS6594-Q1)：TPS6594-Q1 作为一种电源管理芯片 IC ，具有 5 个 BUCK 和 4 个 LDO，在行业内特别适用于智驾安全相关汽车应用。器件可提供四个具有3.5A 输出的灵活多相可配置 BUCK 稳压器单相电流，以及一个额外的 BUCK 稳压器具有2 A输出电流。每个输出都单独受到电池短路、接地短路和过流情况的保护。这些 IC 采用 3V 至 5.5V 电源和 3V 至 15V 相机电源供电，输入至输出压降在300mA 时仅为 110mV(典型值)。

7)Primary DCDC(MAX20098)：汽车类2.2MHz同步降压控制器 IC，具有3.5µA IQ。该 IC 采用 3.5V 至 42V 的输入电压供电，并且可以在压降条件下以 99% 的占空比运行。这种方式适用于具有中高功率要求且在宽输入电压范围的情况下运行的应用，例如在汽车冷启动或发动机停止启动条件下提供必要的电压。该IC还提供时间同步信号 SYNC的输出，使两个控制器能够并行运行。FSYNC 输入可编程性支持三种频率模式来优化性能：强制固定频率操作、具有超低静态电流的跳跃模式以及与外部时钟的同步。该 IC 用于频率调制的可编程扩频选项时，可以最大限度地减少 EMI 干扰。