市場研究機構 Research And Markets 發(fā)布的報告預測，到 2025 年，全球高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）市場規(guī)模將達到 670 億美元。在自動駕駛離我們?nèi)匀缓苓h的今天，自動停車、自動緊急制動、自適應巡航控制等曾經(jīng)專供豪華車使用的功能已在主流汽車上得到了擴展應用。

隨著新車型越來越智能——學習、連網(wǎng)、通信、監(jiān)控、決策、娛樂及輔助駕駛等——車輛的復雜性和處理海量數(shù)據(jù)的能力也在急劇提升，這也對為車載電子組件提供電力的電源提出了更高的要求——既要高速響應，又要高效率。 

1. 四個輪子上的計算機更需要安全

今天的汽車已成為四個輪子上具有極強感知能力的計算機?，F(xiàn)在最好的汽車感知系統(tǒng)已經(jīng)遠遠超過人類感知，能夠時時刻刻不間斷監(jiān)控周圍環(huán)境，這是人類駕駛員做不到的。后者經(jīng)常會疲勞、分心、注意力不集中，感知系統(tǒng)則不會有這樣的問題。所以未來的自動駕駛很可能會比人類駕駛更安全，因為感知系統(tǒng)越來越豐富，越來越全面，而且越來越強大。

汽車設計的大規(guī)模變革得益于半導體技術的應用，更多的創(chuàng)新技術方案正在支持汽車行業(yè)的轉型。相比 20 年前，購車大眾的愿望和決策標準幾乎與車輛本身一樣發(fā)生了變化?；叵胍幌?，千禧之交，消費者主要對汽車性能、發(fā)動機馬力及品牌感興趣。如今，信息娛樂和聯(lián)網(wǎng)、排放水平、安全性和質(zhì)量已成為決策標準的重中之重。

特別是安全性，一直是消費者的考慮因素。現(xiàn)代汽車配備各種傳感器來監(jiān)視車輛運行的方方面面，而 20 年前的主要傳感器僅監(jiān)視車輪的旋轉。如今，即使是入門級車型，也包含上百個傳感器。

半導體在車輛中的重要性不言而喻，車輛創(chuàng)新有五分之四與電子相關，都依賴某種形式的半導體器件。據(jù)美國汽車工程學會（SAE）統(tǒng)計，二級 EV 約有 580 美元用在圖像傳感器、雷達傳感器、分立開關器件、電源模塊和照明。隨著激光雷達（LiDAR）及傳感器融合、寬禁帶（WBG）器件和激光照明技術的引入，預計 4 級 EV 中將增加兩倍至 1760 美元。

2. 挑戰(zhàn)隨之而來

隨著汽車事故預防措施和自動駕駛技術的進步，支持高水平汽車安全完整性水平（ASIL）的 ADAS 的重要性日益增加。未來自動駕駛需要車載控制系統(tǒng)代替人工駕駛的四個要素是：用耳朵和眼睛“認知”， 用大腦“預測”和“判斷”，通過方向盤和加速器“操作”。為了實現(xiàn)駕駛安全，需要精確的感測、及時的控制和快速的顯示成像。

為了使系統(tǒng)達到安全要求，還必須監(jiān)測內(nèi)部操作條件，并注意因系統(tǒng)故障而導致的任何功能缺失。為了實現(xiàn)這一點，車載攝像頭和傳感器的數(shù)量不斷增加，以監(jiān)控任何內(nèi)外部情況；信息娛樂系統(tǒng)需要多功能來通知和顯示這些情況。隨著監(jiān)控每個單元工作狀態(tài)的電子電路的增加，系統(tǒng)變得越來越復雜，單元和系統(tǒng)的設計也投入了更多的時間。

此外，雖然汽車的電子化進程在不斷提速，但汽車電池和發(fā)電機能夠提供的電力有限，因此對降低功耗的要求越來越高。另外，電池和發(fā)電機輸出的電壓存在較大波動，而負責控制供電的一次 DC-DC 電源 IC 卻一直難以做到既保證穩(wěn)定工作的高速響應，同時又實現(xiàn)有助于節(jié)能的高功率轉換效率。

具體問題包括：·電池電壓波動引發(fā)過沖，當從輸入電壓低于輸出設置電壓的狀態(tài)恢復到波動前電壓時，會發(fā)生輸出電壓過沖問題，尖峰脈沖可能導致電路元器件失效，影響穩(wěn)定工作；·傳統(tǒng)技術必須在高速響應和高效率之間進行取舍，為了確保高速響應性能，需要較大的驅動電流，輕負載時的高速響應很難同時兼顧高效率。上面提到的一次電源（Primary power supply）是指電源中負責第 1 級轉換的 DC-DC 級，在其之后的第 2 級轉換稱為“二次（Secondary）”。而 DC-DC 轉換器屬于電源 IC 或模塊的一種，具有將直流電壓轉換為直流電壓的功能。它也稱為“開關穩(wěn)壓器”，通過開關來產(chǎn)生輸出電壓。DC-DC 主要包括用來降低電壓的“降壓型”和用來提升電壓的“升壓型”兩種類型。 

3. 新的控制方式兩者兼得

為了解決上述難題，ROHM 開發(fā)出 12 個型號車載一次 DC-DC 轉換器 BD9P 系列產(chǎn)品。新產(chǎn)品支持汽車電子產(chǎn)品可靠性標準 AEC-Q100，在嚴苛的車載環(huán)境中也可確保高可靠性。新產(chǎn)品包括輸出電壓 3.3V、5.0V 及可調(diào)型系列產(chǎn)品，可支持廣泛的電路類型。其應用包括：ADAS 的傳感器、攝像頭和雷達；汽車信息娛樂系統(tǒng)、儀表盤和 BCM（車身控制模塊）等；以及汽車中要求小型、高效和高可靠性的應用。

首先，有助于進一步降低功耗：為了確保高速響應性能，采用以往技術的電源 IC 需要較大的驅動電流，輕負載時很難兼顧高速響應和高效率。新產(chǎn)品采用 ROHM 自有的電源技術 Nano Pulse ControlTM 的新型控制方式，用低于普通產(chǎn)品的驅動電流即可充分實現(xiàn)高速響應，同時具備原本存在矛盾關系的高速響應和高效率優(yōu)勢，不僅在高負載時功率轉換效率高達 92％（輸出電流 1A 時），在輕負載時的功率轉換效率也達到 85％（1mA 時），從輕負載到高負載都實現(xiàn)了非常出色的高效率，因此無論是引擎停止時還是行駛時，都非常有助于降低應用產(chǎn)品的功耗。 

高轉換效率進一步降低功耗 其次，電池電壓波動時也不會過沖：BD9P 系列可在電池的輸入電壓波動時穩(wěn)定工作，與普通產(chǎn)品相比，能夠將電壓波動時的輸出過沖抑制在 1/10 以內(nèi)，因此不再需要添加以往作為過沖對策所必需的輸出電容器。 

消除過沖可確保穩(wěn)定工作 不僅如此，新產(chǎn)品與連接在它后端的二次 DC-DC 轉換器 BD9S 系列相結合，還可組成高效且高速的車載電源電路。這些方案已經(jīng)推出了參考設計，通過靈活使用參考板、各種工具及免費的在線仿真工具 ROHM Solution Simulator，還可以實施接近實際使用的仿真，并大大減少應用產(chǎn)品的設計工作量，獲得了各車載產(chǎn)品制造商的高度好評。

第三，實現(xiàn)高降壓比和穩(wěn)定工作：新產(chǎn)品采用 ROHM 自有的超高速脈沖控制技術 Nano Pulse ControlTM，實現(xiàn)了非常高降壓比、可高效率且穩(wěn)定工作的 DC-DC 轉換器。器件始終在不干擾 AM 廣播頻段（最大 1.84MHz）的 2.2MHz 工作，對于最大 40V 的高電壓輸入，還實現(xiàn)了由后端元器件驅動的 3.3V-5.0V 級穩(wěn)定輸出。此外，產(chǎn)品還內(nèi)置了展頻功能，降低了噪聲峰值，因此非常適用于對輻射噪聲要求尤為嚴格的車載應用。

第四，縮短配套產(chǎn)品開發(fā)工時：ROHM 的參考設計和 ROHM Solution Simulator 有助于大大減少在電路設計、電路板設計、降噪設計、熱設計、仿真等各階段的設計工時。

Nano Pulse ControlTM 是在 ROHM 的垂直統(tǒng)合型生產(chǎn)體制下，凝聚“電路設計”、“布局”、“工藝”三大先進模擬技術而實現(xiàn)的超高速脈沖控制技術。該技術僅用一顆電源 IC 即可實現(xiàn)以往必須由兩顆以上電源 IC 構成的從高電壓到低電壓的電壓轉換，非常有助于 12V 級電源系統(tǒng)（燃油車和 xEV 等）和 48V 級電源系統(tǒng)（輕度混合動力汽車等）驅動的產(chǎn)品實現(xiàn)小型化和系統(tǒng)簡化。 參考設計解決什么問題？隨著車載單元數(shù)量的增加和所需功能的增加，ADAS/ 信息娛樂外圍單元的電路設計也越來越復雜，有四個方面的問題需要解決：

第一，因為攝像頭的數(shù)量、傳感器單元和安裝的電子元件增加，導致電源軌越來越復雜，必須考慮成本、尺寸和特性的最佳組合；第二，因為行駛里程是不能犧牲的，必須有一個高效的供電系統(tǒng)；第三，因為汽車單元必須遵守不同的噪聲標準（例如 CISPR25 Class 5），且必須滿足功能設計以外的許多設計元素，很難從單一產(chǎn)品來考慮解決問題；第四，為了提高作為一個單元或系統(tǒng)的安全功能，必須具有對電源軌進行監(jiān)控、檢測電子電路故障并將其傳輸?shù)?CPU 的功能。

為了滿足汽車 ADAS/ 信息娛樂應用要求，ROHM 開發(fā)了一個滿足單元設計所需設計元素、符合 CISPR25 Class 5 的 8 軌電源樹參考設計（REFRPT001-EVK-001）。它包括六項功能：·使用有 8 個電路的電源樹，覆蓋 ADAS 和信息娛樂應用所需的電源系統(tǒng)，更節(jié)省空間；·內(nèi)置一次 DC-DC 轉換器 IC（BD9P 系列），提供穩(wěn)定電源，即使是在電池啟動后；·內(nèi)置二次 DC-DC 轉換器 IC（BD9S 系列），實現(xiàn)業(yè)界領先的小型和高效；·內(nèi)置電源監(jiān)控 IC，具有自我診斷功能，可監(jiān)控所有 8 個輸出軌，有助于提高功能 ASIL 安全等級；·無共模濾波器，進行了系統(tǒng)級驗證，包括標準電氣特性試驗、EMC 測試（符合 CISPR25 Class 5，無輸入濾波器）、熱性能測試（獨立的高效 DC-DC 轉換器分配熱量）；·車載 IC 和分立部件通過汽車 AEC-Q100 或 AEC-Q101 等級認證。包括新產(chǎn)品 BD9P 系列在內(nèi)的參考設計涵蓋 ADAS/ 信息娛樂功能所需的電源系統(tǒng)，不僅已完成標準的電氣特性測試，還完成了 EMC 測試、熱測試等。使用參考板還可以輕松進行實機確認。 

REFRPT001-EVK-001 參考板 

參考板系統(tǒng)框圖 該板的兩個一次 DC-DC 轉換器 IC（BD9P 系列）為 SoC、MCU 和 CAN 器件供電，每個器件有四路輸出。我們來看看 EMC 測試結果，在整個電路板不帶輸入濾波器的情況下，EMC 輻射噪聲（垂直天線）、輻射噪聲（水平天線）和傳導噪聲均通過了 CISPR25 Class 5 測試。

垂直天線、水平天線的輻射噪聲 

傳導噪聲 怎樣驗證功率器件和驅動 IC？

近年來，增強安全功能、自動駕駛、更大程度電氣化及提高燃油效率的技術創(chuàng)新增加了對提供更高功能小型電氣部件的需求，同時，應用的數(shù)字化正在擴大電子電路的數(shù)量和作用，導致在電路設計上花費了大量工時，包括應用開發(fā)期間的元件選擇，以及電路板的設計和評估。

怎么解決呢？越來越明顯的趨勢是在電子電路設計中使用仿真技術。通過在電路板原型化之前使用仿真驗證操作，可以提前發(fā)現(xiàn)問題，并顯著減少從電路板原型到評估的工時。

在實際車輛設計過程中，不僅要用到電子電路，而且要進行各種類型的仿真。盡管電子電路的功率越來越大，但小型化（可能導致發(fā)熱問題）必不可少，特別是在汽車中。此外，在執(zhí)行開關操作的拓撲中，可能會發(fā)生相互的電磁干擾，從而導致故障。

例如，在應用電路中，由于更快的 CPU 速度而導致的負載電流上升以及因小型化而產(chǎn)生的過多熱量等問題時有發(fā)生。事實上，這是影響產(chǎn)品壽命最重要的因素之一。此外，一旦出現(xiàn)發(fā)熱問題，返工所需的程序和工時數(shù)量可能會變得非常龐大，包括重新選擇組件和修改電路板布局，以及修改散熱設計等所有工作。

因此，為解決發(fā)熱和 EMC 噪聲問題，通過仿真來驗證設計有效性的流程已經(jīng)成為常態(tài)。為了在車輛設計過程中模擬這些因素，器件制造商有義務為器件提供仿真模型。當然，對于成品，可能還需要評估和驗證支持，這不僅需要測量電氣特性，還需要熱和 EMC 仿真。

作為一家半導體制造商，ROHM 提供了一系列有助于解決各種用戶開發(fā)流程問題的解決方案，包括通過模擬及驗證兩種發(fā)熱現(xiàn)象的熱設計支持，忠實再現(xiàn)產(chǎn)品電氣特性的 SPICE 模型，以及使用流體分析的耗散結果。

ROHM 設計和驗證支持工具 ROHM 提供的預先避免散熱問題的模型允許用戶進行散熱模擬，還能夠對基板和散熱片進行建模，并根據(jù)用戶需求提供改進建議及熱設計方面的專業(yè)知識。

散熱模擬 此外，ROHM 還制定了能夠在評估板上同時測量發(fā)熱和 EMC 的環(huán)境，特別是可以在用戶的實際板上進行這些測量，以確保支持用戶所評估特性的再現(xiàn)性。

在熱測量支持示例中，通過實際器件的模擬和熱評估發(fā)現(xiàn)了更改電路板布局之前熱分布的問題，改進電路板布局之后熱阻優(yōu)化了近 13%。

熱測量支持示例 除了上述各種支持工具和環(huán)境外，ROHM 今年推出了一款突破性的網(wǎng)絡模擬工具 ROHM Solution Simulator，它允許汽車等領域的系統(tǒng)和電路板設計人員對功率器件及驅動器和電源 IC 進行完整驗證。 

ROHM Solution Simulator 對于設計者來說，使用這個模擬器有以下好處：·可以省去選擇元件、創(chuàng)建電路和配置仿真模型的麻煩，從而立即開始考慮技術層面的東西；·種類繁多的產(chǎn)品可供使用，從結合 SiC 功率器件和驅動 IC 的解決方案電路，到集成外圍元件的電源 IC；·允許進行各種模擬，從初始開發(fā)（包括組件選擇和單個器件驗證）到系統(tǒng)級驗證階段；·執(zhí)行模擬驗證有助于發(fā)現(xiàn)電源電路中的故障點，并提供在訂購電路板之前去掉有缺陷組件的機會，大大減少了應用開發(fā)的工作量。

基于 Web 的仿真工具驗證解決方案電路 ROHM Solution Simulator 是使用西門子 Mentor 的模擬平臺 SystemVisionTM Cloud（SVC）開發(fā)的。SVC 是由 Mentor 提供的基于云的軟件服務（SaaS），允許用戶執(zhí)行最新的多域模擬。支持 web 瀏覽器訪問，可以在 PC 機上隨時隨地進行分析。

此外，它可以導出和接管 ROHM Solution Simulator 模擬的電路，允許添加用戶電路來執(zhí)行接近實際情況的模擬。將系統(tǒng)導入 Mentor 的 PCB 板設計環(huán)境（Xpedition），實現(xiàn)從元件選擇和電路設計到 PCB 板布局的無縫數(shù)據(jù)傳輸，從而最大限度地減少用戶的工作量。 

4. 自動駕駛來日方長

未來，更多車輛將采用包含圖像、超聲波、雷達和 LiDAR 的系統(tǒng)，通過傳感器融合來提高安全相關的有效性、冗余性和魯棒性，而互補技術將協(xié)同工作，以確保在所有環(huán)境條件下都能完美運行。

不過，自動駕駛汽車不會一夜之間到來。雖然汽車行業(yè)在自動駕駛方面已經(jīng)取得了快速進展，但現(xiàn)實是，我們?nèi)蕴幱陂_發(fā)階段。也許最早要到 2034 年，我們才能看到真正的自動駕駛汽車上路。所以，利用現(xiàn)有技術實現(xiàn) ADAS 的高速響應和高效率乃是上策！