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使用德州儀器功能安全合規型降壓穩壓器為下一代 ADAS 處理器供電

發(fā)布時(shí)間:2025-02-09 來(lái)源:德州儀器 責任編輯:lina

【導讀】高級駕駛輔助系統 (ADAS) 的快速發(fā)展增加了實(shí)時(shí)數據處理的復雜性和需求,這需要高性能處理器來(lái)處理物體識別、傳感器融合和決策等任務(wù)。這種復雜性的增加為電源管理方面帶來(lái)了新的挑戰。從車(chē)輛的電池(12V、24V 或 48V)開(kāi)始,前置穩壓器降低電池電壓以向負載點(diǎn) (PoL) 降壓轉換器饋電,從而為處理器提供實(shí)現最佳運行所需的精確電壓。此外,該設計非常注重滿(mǎn)足整個(gè)系統的功能安全要求,功率級對于滿(mǎn)足這些要求起著(zhù)至關(guān)重要的作用。


高級駕駛輔助系統 (ADAS) 的快速發(fā)展增加了實(shí)時(shí)數據處理的復雜性和需求,這需要高性能處理器來(lái)處理物體識別、傳感器融合和決策等任務(wù)。這種復雜性的增加為電源管理方面帶來(lái)了新的挑戰。從車(chē)輛的電池(12V、24V 或 48V)開(kāi)始,前置穩壓器降低電池電壓以向負載點(diǎn) (PoL) 降壓轉換器饋電,從而為處理器提供實(shí)現最佳運行所需的精確電壓。此外,該設計非常注重滿(mǎn)足整個(gè)系統的功能安全要求,功率級對于滿(mǎn)足這些要求起著(zhù)至關(guān)重要的作用。


80V 雙通道降壓控制器 LM5137F-Q1 和 6V、30A 雙相降壓轉換器 TPS62883-Q1 等解決方案能為高電流汽車(chē)處理器供電,同時(shí)幫助系統實(shí)現高達汽車(chē)安全完整性等級 (ASIL) D 的功能安全合規性。


可滿(mǎn)足高達 ASIL D 的系統要求


TPS62883-Q1 是一款 TI 功能安全合規型 30A 降壓轉換器,根據國際標準化組織 (ISO) 26262 標準開(kāi)發(fā)。該器件屬于可擴展產(chǎn)品系列,提供引腳兼容選項,額定電流為 12A 至 30A,支持可堆疊架構以提供超過(guò) 100A 的負載,從而滿(mǎn)足對更高電流需求不斷增長(cháng)的現代 ADAS 片上系統 (SoC) 的電源要求。圖 1 展示了采用堆疊配置的兩個(gè) TPS62883-Q1 轉換器。


使用德州儀器功能安全合規型降壓穩壓器為下一代 ADAS 處理器供電

圖1: 采用堆疊配置的兩個(gè) TPS62883-Q1 器件


TPS62833-Q1 提供安全合規型內部監控功能,從而外部輸出電壓監控。此外,通過(guò) I2C 改變輸出電壓可同時(shí)對輸出電壓控制環(huán)路和內部輸出電壓監控生效。該功能消除了動(dòng)態(tài)或自適應電壓調節期間輸出電壓監控中的盲點(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 (CRC) 保護,以便 MCU 可以檢測并標記總線(xiàn)通信中的位錯誤。


此外,TPS62883-Q1 還可根據其熱警告閾值提供警告,并在系統出現欠壓或過(guò)壓鎖定等嚴重故障情況時(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)將信號發(fā)送給微控制器 (MCU),然后微控制器可以根據應用要求執行必要的操作。


改善 ADAS 處理器應用的負載瞬態(tài)響應


滿(mǎn)足高電流要求并不是電源領(lǐng)域面臨的唯一挑戰。事實(shí)上,負載瞬態(tài)響應對于維持高性能處理器的可靠運行至關(guān)重要。處理需求的快速變化會(huì )導致功耗突然變化,從而導致電壓下沖和過(guò)沖,進(jìn)而可能觸發(fā)故障??焖儇撦d瞬態(tài)響應對于這些 SoC 的可靠運行至關(guān)重要。


SoC 為其每個(gè)電源電壓指定一個(gè)定義的容差。內核電壓軌是最重要的,這是因為電源電流的動(dòng)態(tài)性較高,電壓較低,容差為毫伏級。


負載瞬態(tài)的總預算取決于多種因素,如圖 2 所示。通常,您需要一個(gè)較大的剩余窗口來(lái)支持負載瞬態(tài)電壓偏差,因為這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部電壓監控功能,可消除外部電壓監控引入的額外容差。


使用德州儀器功能安全合規型降壓穩壓器為下一代 ADAS 處理器供電

圖2: 基于內核電源電壓容差的負載瞬態(tài)預算


TPS62883-Q1 還包含靈活的壓降補償,使您能夠嚴格地根據設計要求定制壓降行為。該功能根據輸出電流來(lái)調節標稱(chēng)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(xiàn)性調節。


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


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


使用德州儀器功能安全合規型降壓穩壓器為下一代 ADAS 處理器供電

圖3: 隨輸出電流進(jìn)行調節的電壓


為幫助您簡(jiǎn)化功能安全系統級認證,德州儀器提供業(yè)界通用報告和其他資源,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 級文檔。


結語(yǔ)


隨著(zhù)車(chē)輛向自動(dòng)駕駛方向發(fā)展,ADAS 的復雜性不斷顯著(zhù)增加,因此對應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,因為這些系統需要可靠,以供用戶(hù)依賴(lài)。在可堆疊配置中使用 TPS62883-Q1 可實(shí)現超過(guò) 100A 的內核電源,并聯(lián)使用時(shí)可幫助系統設計實(shí)現高達 ASIL D 的功能安全合規性。


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