下一代車(chē)門(mén)區(qū)系統(tǒng)IC 將大力提高能效并推進(jìn)汽車(chē)電氣化

　　近年來(lái)，汽車(chē)電氣化是大勢(shì)所趨，汽車(chē)電氣化不只是引入純電動(dòng)汽車(chē)，還是不斷地用電控技術(shù)取代傳統(tǒng)機(jī)械部件和機(jī)械繼電器，或者在某些情況下引入新的功能。

　　汽車(chē)大規(guī)模電氣化正在推動(dòng)自動(dòng)駕駛向更高級(jí)別發(fā)展，從中長(zhǎng)期看，許多車(chē)輛可能被視為“無(wú)人駕駛出租車(chē)”。根據(jù)這一新的汽車(chē)駕駛概念，車(chē)門(mén)內(nèi)的所有功能都將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，例如，智能自動(dòng)開(kāi)門(mén)和防碰撞檢測(cè)。這些自動(dòng)化系統(tǒng)將能檢測(cè)到行人或騎車(chē)人正在靠近汽車(chē)，并自動(dòng)控制開(kāi)門(mén)操作，以避免碰撞危險(xiǎn)。未來(lái)車(chē)門(mén)內(nèi)還將裝先進(jìn)的傳感器，用于檢測(cè)車(chē)門(mén)外的障礙物，防止車(chē)門(mén)被撞壞。

　　大趨勢(shì)的產(chǎn)生離不開(kāi)專(zhuān)用半導(dǎo)體芯片的鋪路。這些芯片需要跟隨先進(jìn)的電源管理概念，驅(qū)動(dòng)從LED等毫瓦級(jí)的負(fù)載到瞬間耗散功率輕易達(dá)到200W的大功率直流電機(jī)。此外，汽車(chē)電子模塊還需要配備高度標(biāo)準(zhǔn)化的通信接口，例如，CAN和LIN物理層。

　　如何確定一個(gè)正確的系統(tǒng)架構(gòu)，以合理的成本實(shí)現(xiàn)新功能，且不會(huì)影響質(zhì)量和性能，是汽車(chē)廠商面臨的一大挑戰(zhàn)。隨著軟硬件開(kāi)發(fā)成本和復(fù)雜性不斷提高，跟上OEM廠商的性能和功能要求變得越來(lái)越困難。此外，OEM廠商還要求部署有成本效益的可擴(kuò)展的解決方案，從低端車(chē)型擴(kuò)展到高端汽車(chē)，在不同平臺(tái)和車(chē)型上分?jǐn)傞_(kāi)發(fā)成本。

　　車(chē)門(mén)區(qū)電控模塊(圖1)是一個(gè)大家熟悉的受益于可擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)方法的汽車(chē)系統(tǒng)，這個(gè)應(yīng)用概念是用一顆IC驅(qū)動(dòng)車(chē)門(mén)區(qū)的多個(gè)負(fù)載(門(mén)鎖電機(jī)、可調(diào)可折疊后視鏡、除霜器、車(chē)窗升降電機(jī)和LED、白熾燈等照明功能)?？蓴U(kuò)展的驅(qū)動(dòng)器，封裝和軟件全系兼容，適應(yīng)車(chē)門(mén)電控模塊的多樣化要求，是車(chē)門(mén)區(qū)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的典型特征。

　　圖1：

　　在過(guò)去10余年里，車(chē)用半導(dǎo)體廠商開(kāi)發(fā)出了若干個(gè)車(chē)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器芯片，并隨著汽車(chē)電氣負(fù)載數(shù)量不斷增加，給這些產(chǎn)品增加了新功能，對(duì)封裝以及芯片制造技術(shù)和IP內(nèi)核進(jìn)行了優(yōu)化。在車(chē)門(mén)區(qū)電子元器件中，除驅(qū)動(dòng)芯片(圖2)外，還有一個(gè)電源管理IC，為電控單元提供更強(qiáng)的系統(tǒng)電源，包括各種待機(jī)模式和通信層(主要是LIN和/或HS CAN)。電源管理芯片通常集成兩個(gè)低壓差穩(wěn)壓器，為系統(tǒng)微控制器和外設(shè)負(fù)載(傳感器等外設(shè))供電，還包含增強(qiáng)型系統(tǒng)待機(jī)功能，以及可設(shè)置的本地和遠(yuǎn)程喚醒功能。

　　圖2：

　　車(chē)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器和電源管理芯片都采用意法半導(dǎo)體為此應(yīng)用專(zhuān)門(mén)優(yōu)化的BCD (Bipolar、CMOS和 DMOS) 半導(dǎo)體制造技術(shù)。車(chē)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器芯片采用0.7μm BCD技術(shù)，電源管理芯片采用0.57μm BCD技術(shù)。

　　為順應(yīng)新的汽車(chē)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，汽車(chē)半導(dǎo)體器件必須高效、安全地控制更多的電氣負(fù)載，最大限度地降低靜態(tài)電流，同時(shí)采用高集成度解決方案，減少元器件數(shù)量，縮減電路板空間，降低產(chǎn)品重量，從而大幅簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

　　意法半導(dǎo)體專(zhuān)有的先進(jìn)的0.16μm BCD8S是實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)上獨(dú)一無(wú)二的高集成度單片解決方案(圖3)的關(guān)鍵技術(shù)，可滿(mǎn)足電源管理、故障保護(hù)和車(chē)門(mén)負(fù)載驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用的技術(shù)需求。這項(xiàng)技術(shù)還能提高能效和計(jì)算能力，將芯片的結(jié)溫提高到175°C，達(dá)到汽車(chē)OEM廠商嚴(yán)格規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)溫，破解單片集成電源管理和執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器帶來(lái)的極具挑戰(zhàn)性的熱管理難題。

　　圖3：

　　意法半導(dǎo)體創(chuàng)新的L99DZ100G / GP前車(chē)門(mén)控制器芯片和L99DZ120后車(chē)門(mén)控制器芯片有助于設(shè)計(jì)人員節(jié)省空間，同時(shí)提高車(chē)門(mén)控制模塊的可靠性和能效。

　　以前的車(chē)門(mén)區(qū)ASSP (專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品)解決方案需要2個(gè)芯片：一個(gè)12mm×12mm(TQFP64)的車(chē)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)10mm x 10mm(PowerSSO-36)的電源管理芯片，而意法半導(dǎo)體的車(chē)門(mén)區(qū)控制單片解決方案只需一個(gè)封裝面積與TQFP64相同的LQFP64(圖4)，這對(duì)于PCB電路板小型化非常重要，能夠適應(yīng)更嚴(yán)格的空間要求。除了利用新的BCD技術(shù)縮減裸片尺寸外，還通過(guò)新的創(chuàng)新封裝結(jié)構(gòu)縮減封裝面積，在縮小車(chē)門(mén)系統(tǒng)IC的同時(shí)，提高輸出電流峰值和功率密度。

　　圖4：

　　全系產(chǎn)品軟件相互兼容，還有助于簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)，縮短產(chǎn)品市場(chǎng)時(shí)間。

　　意法半導(dǎo)體專(zhuān)有的BCD8S先進(jìn)汽車(chē)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)這種單片解決方案中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。該解決方案具有多種功能，包括內(nèi)置半橋和高達(dá)7.5A的高邊驅(qū)動(dòng)器，可滿(mǎn)足車(chē)門(mén)區(qū)應(yīng)用的新要求。該解決方案還集成高速CAN(HS-CAN)和LIN 2.2a接口(SAE J 2602)、控制模塊和保護(hù)電路。 除標(biāo)準(zhǔn)特性功能外，L99DZ100GP還支持ISO 11898-6 HS-CAN標(biāo)準(zhǔn)的選擇性喚醒，讓使用頻率不高的ECU進(jìn)入睡眠模式，同時(shí)保持與CAN總線(xiàn)的連接，最大限度地提高節(jié)能效果。

　　兩款前門(mén)控制器都集成了MOSFET半橋，可以驅(qū)動(dòng)多達(dá)五個(gè)直流電機(jī)和一個(gè)外部H橋。此外，這兩款芯片還有八個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)白熾燈驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)后視鏡加熱器柵極驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)車(chē)窗電致變色玻璃控制模塊。其它特性包括外部電路(微控制器、傳感器等)穩(wěn)壓器，以及相關(guān)的定時(shí)器、看門(mén)狗、復(fù)位發(fā)生器和保護(hù)功能。后門(mén)控制器L99DZ120也具有類(lèi)似的功能，例如，電動(dòng)車(chē)窗升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

　　為車(chē)輛配備更多電子系統(tǒng)和功能有助于增加汽車(chē)的賣(mài)點(diǎn)，但更多的電子配置也提高了功率要求。因此，必須準(zhǔn)確分析每個(gè)系統(tǒng)在各種工作條件下的功耗，尤其是純電動(dòng)汽車(chē)，浪費(fèi)電力就等于縮短續(xù)航里程;電氣部件越多，泄漏電流越大，這是不可避免的。因此，所有汽車(chē)制造商都非?？粗仂o態(tài)電流和待機(jī)電流低的產(chǎn)品和/或技術(shù)。大多數(shù)ECU的最大待機(jī)電流預(yù)算為100μA，所以，客戶(hù)經(jīng)常說(shuō)：“每個(gè)微安都很重要”。

　　因此，意法半導(dǎo)體在新車(chē)門(mén)區(qū)控制器芯片上集成一個(gè)有多種低靜態(tài)電流模式的先進(jìn)電源管理模塊(待機(jī)/睡眠、定期監(jiān)測(cè)、專(zhuān)用低電流模式LDO穩(wěn)壓器、定時(shí)器、接觸設(shè)備電源)。在VBAT待機(jī)模式下，靜態(tài)電流降至10μA以下，處于7μA-8μA區(qū)間內(nèi)，是雙片IC(車(chē)門(mén)區(qū)驅(qū)動(dòng)IC+電源管理IC)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的二分之一。對(duì)于車(chē)門(mén)應(yīng)用，在通過(guò)外部接觸設(shè)備監(jiān)測(cè)或通信接口(LIN、HS-CAN或支持選擇性喚醒的HS-CAN)物理層喚醒穩(wěn)壓器之前，控制器不給微控制器(MCU)供電。

　　意法半導(dǎo)體的新車(chē)門(mén)區(qū)控制器不僅在一個(gè)封裝內(nèi)整合了以前的車(chē)門(mén)區(qū)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器芯片和電源管理芯片，還增加了一些新功能，以更好地服務(wù)新的汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)。

　　為支持自動(dòng)LED占空比補(bǔ)償功能，意法半導(dǎo)體的新車(chē)門(mén)區(qū)控制器實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新的IP模塊，內(nèi)部補(bǔ)償算法利用電源電壓測(cè)量值修正LED驅(qū)動(dòng)器功率級(jí)的占空比，確保LED在ECU電源電壓波動(dòng)時(shí)也能保持均勻的亮度。開(kāi)發(fā)者可根據(jù)不同的負(fù)載靈活設(shè)置占空比補(bǔ)償功能，使用不同的LED以及串聯(lián)LED，從而節(jié)省外部微處理器的負(fù)荷，并最大限度地減少SPI的數(shù)據(jù)流量。

　　熱群集概念是新控制器的另一個(gè)新特性，發(fā)生短路等事件時(shí)，該特性可單獨(dú)禁用短路的輸出通道，其它輸出通道保持正常工作。

　　為了符合電動(dòng)車(chē)窗安全操作的要求，新控制器還實(shí)現(xiàn)一個(gè)專(zhuān)用IP內(nèi)核，在發(fā)生系統(tǒng)錯(cuò)誤時(shí)，能夠使車(chē)窗進(jìn)入安全狀態(tài)，避免車(chē)窗升降動(dòng)作失控。根據(jù)安全要求，該IP內(nèi)核與芯片其余部分之間有一個(gè)深溝槽隔離層，這是BCD8s技術(shù)的另一個(gè)有價(jià)值的特性。自偏置方法使該IP模塊在電池沒(méi)電時(shí)仍能正常工作。

　　L99DZ100系列產(chǎn)品支持當(dāng)前最先進(jìn)的車(chē)門(mén)電子應(yīng)用，不過(guò)，隨著汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，還將來(lái)還會(huì)涌現(xiàn)新的需求，例如，驅(qū)動(dòng)更多的直流大功率電機(jī)。為此，意法半導(dǎo)體采用模塊化方法開(kāi)發(fā)這些芯片，可在新配置內(nèi)整合更多的IP內(nèi)核，升級(jí)擴(kuò)展車(chē)門(mén)區(qū)控制系統(tǒng)。除車(chē)門(mén)應(yīng)用外，新系列產(chǎn)品還將被用于其它汽車(chē)系統(tǒng)，以最優(yōu)的方式驅(qū)動(dòng)負(fù)載，例如，電動(dòng)后備箱蓋模塊或天窗具有類(lèi)似的系統(tǒng)要求。未來(lái)，專(zhuān)用ASSP也將進(jìn)入這一細(xì)分市場(chǎng)。