汽車(chē)智能化加速落地, 羅姆為安全筑起高墻

【導語(yǔ)】

全球新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命正悄悄來(lái)臨，電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化成為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潮流和趨勢。在汽車(chē)新四化的推動(dòng)之下，汽車(chē)電子電氣架構從原來(lái)的分布式逐漸向跨域集中式和車(chē)輛集中式不斷演進(jìn)，汽車(chē)電子軟件架構不斷升級，軟件與硬件分層解耦，軟件定義汽車(chē)的時(shí)代即將到來(lái)。汽車(chē)智能化跑出加速度，中國的新能源車(chē)市場(chǎng)向好，ADAS功能搭載率不斷攀升，L2正在成為標配，L3開(kāi)始量產(chǎn)上車(chē)。

汽車(chē)智能化趨勢下，功能安全成為行業(yè)關(guān)注焦點(diǎn)

隨著(zhù)汽車(chē)智能化的推進(jìn)以及自動(dòng)駕駛技術(shù)創(chuàng )新的日新月異，安全成為行業(yè)不約而同的關(guān)注焦點(diǎn)。安全分為兩種，一種是本質(zhì)安全，另一種是功能安全。本質(zhì)安全是通過(guò)消除危險原因來(lái)確保安全的方法；而功能安全是通過(guò)功能方面的努力將風(fēng)險降低到可接受水平來(lái)確保安全的方法。本質(zhì)安全可以確保絕對的安全性，但是成本往往很高；相比之下，功能安全的成本較低，但在設計時(shí)必須考慮到當附加的功能發(fā)生故障時(shí)應如何確保安全。

圖 | 本質(zhì)安全與功能安全的思路

舉個(gè)例子，在鐵路和道路交叉口，如果采用建立交橋的方法將鐵路和道路分開(kāi)，從物理上避免火車(chē)和汽車(chē)碰撞的方法，這是一種本質(zhì)安全的思路。而如果通過(guò)在道路與鐵路的交叉處設置警報器和欄桿，在鐵路上安裝傳感器，當傳感器檢測到火車(chē)接近時(shí)，警報器響起，并降下欄桿，當另外的傳感器檢測到火車(chē)已經(jīng)通過(guò)時(shí)，警報器停止，并升起欄桿，雖然道路與鐵路在物理上仍然交叉，但可通過(guò)設置鐵路道口的方法將汽車(chē)和火車(chē)相撞的風(fēng)險降低到可接受的水平，這就是功能安全的思路。當然，在這個(gè)案例中，如果傳感器損壞，那么在火車(chē)接近時(shí)，警報器和欄桿就不會(huì )工作，這是一種“危險”狀態(tài)，因此就需要加入傳感器的自我診斷或者雙傳感器的冗余設計，來(lái)確保即使傳感器損壞也不會(huì )引發(fā)危險狀態(tài)的設計，這就是故障安全（Fail Safe）的思路。

由此可知，功能安全其實(shí)就是基于“人會(huì )犯錯”、“東西會(huì )損壞”思路之下的一種設計，而功能安全通常要同時(shí)考慮到“系統性故障”和“隨機性故障”這兩方面，來(lái)確保沒(méi)有系統性的Bug，以及當隨機性故障發(fā)生時(shí)不會(huì )對人造成傷害。在中國，ISO 26262（功能安全）已納入推薦性國家標準，ISO 26262的第一版中文譯本GB/T 34590已于2018年5月起開(kāi)始施行。

當然，不止汽車(chē)領(lǐng)域有這個(gè)要求，很多工業(yè)場(chǎng)景同樣對安全性要求非常高。為了構建更安全的系統，必須在設備開(kāi)發(fā)過(guò)程中就要考慮到在發(fā)生問(wèn)題時(shí)如何確保安全，這意味著(zhù)故障安全和功能安全是貫穿設備開(kāi)發(fā)全流程的。

復位IC為汽車(chē)和工業(yè)用設備安全保駕護航

講到汽車(chē)和工業(yè)應用場(chǎng)景對設備安全性的需求，就不得不提到對系統電源電壓進(jìn)行監控的重要性，而復位IC是電壓監控電路中不可或缺的產(chǎn)品之一，目前已經(jīng)廣泛應用于EV/HEV逆變器、引擎控制單元、ADAS、汽車(chē)導航系統、汽車(chē)空調、FA設備、計量?jì)x器、伺服系統、各種傳感器系統等需要對電子電路進(jìn)行電壓監控的各種車(chē)載和工業(yè)設備應用中。

面向該市場(chǎng)需求，羅姆推出了1000多種復位IC，2021年度，在低電壓范圍的廣泛應用領(lǐng)域，創(chuàng )造了2.5億枚的年出貨量記錄。就在近期，羅姆還開(kāi)發(fā)出了一款高精度、超低功耗且支持40V電壓的窗口型復位IC “BD48HW0G-C”。

圖 | 復位IC工作示例

那么，什么是復位IC呢？復位IC是一種開(kāi)關(guān)IC，可用于電子電路的電壓監控，當檢測到被監控的電壓超過(guò)閾值時(shí)就會(huì )通過(guò)改變輸出而達到復位操作的效果，因此具有通過(guò)與微控制器合作來(lái)確保系統安全的作用。就好比河里的水位報警器，當河水漫過(guò)最高警戒線(xiàn)或低于最低警戒線(xiàn)時(shí)都要拉響警報，并觸發(fā)放水或蓄水動(dòng)作，而這里的水位傳感器就好比電路中的復位IC，起到的效果是一樣的。

羅姆新推的復位IC “BD48HW0G-C”有何特別之處？

同樣是復位IC，為什么要有這么多類(lèi)型？羅姆最新推出的復位IC “BD48HW0G-C”又有什么特色或優(yōu)勢呢？由于應用場(chǎng)景的不同，系統電路對復位IC精度、功耗、工作電壓、功能安全、監控電壓范圍、欠壓/過(guò)壓檢測等需求都不一樣，因此需要開(kāi)發(fā)出不同的復位IC來(lái)匹配相應的市場(chǎng)需求。

圖 | 羅姆窗口型復位IC產(chǎn)品陣容

羅姆最新推出的復位IC “BD48HW0G-C”是一款支持40V電壓的窗口型復位IC，由于采用了高耐壓的BiCDMOS工藝，并融合了羅姆所擅長(cháng)的模擬設計技術(shù)，BD48HW0G-C工作電壓范圍寬至1.8V～40V可調。關(guān)于窗口型的設計，由于BD48HW0G-C配有2個(gè)獨立的基準電壓電路，因此可以靈活地設置High側和Low側的檢測電壓，并獨立復位檢測輸出。在檢測精度方面，BD48HW0G-C在-40℃-+125℃溫度范圍內可實(shí)現業(yè)界先進(jìn)的±0.75%電壓檢測精度，高于業(yè)界標準產(chǎn)品的精度±2.2%。在功耗方面，BD48HW0G-C的靜態(tài)電流只有500nA，僅為普通的工作電壓24V以上的窗口型復位IC的1/16，這使得工程師在設計電路時(shí)無(wú)需擔心因復位電路而產(chǎn)生的功耗增加。

圖 | 在全動(dòng)作溫度范圍內的高精度復位IC更易于系統設計

為何在車(chē)載和工業(yè)領(lǐng)域需要強調在全動(dòng)作溫度范圍內的、穩定的高精度特性呢？我們知道，如果只是在25℃下有值偏離的問(wèn)題，那么可以通過(guò)固定補償進(jìn)行調整，比較容易實(shí)現。但是在汽車(chē)和工業(yè)應用中，環(huán)境溫度以及機身自身發(fā)熱和散熱的情況差別較大，電源電壓和復位檢出電壓受溫度的影響會(huì )產(chǎn)生波動(dòng)，這種受溫度影響下的偏離是非常難修正的，因此對于車(chē)載和工業(yè)環(huán)境，選擇全動(dòng)作溫度范圍內的、穩定的高精度復位IC更易于系統設計，從而減輕客戶(hù)的設計負擔。此外，在車(chē)載和工業(yè)環(huán)境下，通常環(huán)境噪聲較大，當外部噪聲侵入時(shí)，如果檢測出電壓的精度差，那么容易發(fā)生誤動(dòng)作，因此為了避免或減少外部噪聲的影響，提高系統運行的可靠性，高精度復位IC是更好的選擇。

值得一提的是，羅姆從2015年就已經(jīng)開(kāi)始構建ISO 26262的流程，并在約2年半后的2018年3月，通過(guò)德國第三方認證機構TüV Rheinland獲得了ISO 26262的流程認證。正因為對ISO 26262規格以及應用電路有著(zhù)高度理解，羅姆針對需要功能性安全的車(chē)載和工控電源，開(kāi)發(fā)了支持從低到高的廣泛電壓范圍的、高精度地檢測電壓異常的復位IC。

實(shí)現模擬電源器件超低功耗的秘密：Nano Energy

前面提到，BD48HW0G-C的靜態(tài)電流只有500nA，僅為普通的工作電壓24V以上的窗口型復位IC的1/16，如此超低功耗是如何實(shí)現的呢？

事實(shí)上，羅姆采用的是IDM的模式，在這種垂直統合型生產(chǎn)體制下，羅姆在“電路設計”、“布局”和“工藝”這三方面都具有更深的經(jīng)驗累積和更強的模擬技術(shù)優(yōu)勢?；诖?，羅姆研發(fā)出了超輕負載狀態(tài)下徹底削減消耗電流的劃時(shí)代技術(shù)“Nano Energy”。 使用該技術(shù)，無(wú)負載時(shí)的靜態(tài)電流可低至納安（nA）量級，不僅可以延長(cháng)電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設備和移動(dòng)設備的驅動(dòng)時(shí)間，還有助于不希望增加功耗的車(chē)載和工業(yè)設備的高效率工作。

舉個(gè)例子，我們知道，新能源汽車(chē)是實(shí)現全球“雙碳計劃”的重要組成部分，對于EV/HEV來(lái)講，提高燃油經(jīng)濟性，增加行駛里程勢在必行，于是低功耗化就會(huì )變得尤為重要。其次，當汽車(chē)怠速熄火時(shí)，發(fā)動(dòng)機會(huì )停止運轉，電池將提供功能所需的電力。再者，當在停車(chē)時(shí)，時(shí)鐘在后臺運轉、報警系統開(kāi)啟、無(wú)鑰匙系統開(kāi)啟等都將直接由電池供電，存在電池耗盡的風(fēng)險。因此，進(jìn)一步降低電源IC的電流消耗是剛需，而通過(guò)搭載Nano Energy技術(shù)，可以為整個(gè)汽車(chē)系統的低功耗做貢獻。此外，低靜態(tài)電流帶來(lái)的不只有延長(cháng)電池供電設備壽命一個(gè)好處，同時(shí)對于汽車(chē)和工業(yè)應用來(lái)說(shuō)，還能減少電路中的暗電流，有助于EMC的改善。更多詳情：https://www.rohm.com.cn/support/nano

寫(xiě)在最后

沿著(zhù)自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)鏈，L2級別的自動(dòng)駕駛滲透率不斷提升，L3級別的自動(dòng)駕駛開(kāi)始落地，新能源汽車(chē)市場(chǎng)已經(jīng)從政策驅動(dòng)轉向市場(chǎng)拉動(dòng)。這意味著(zhù)汽車(chē)電子系統越來(lái)越復雜，對汽車(chē)功能安全的需求度也越來(lái)越高。羅姆作為汽車(chē)電子領(lǐng)域的深耕者，將通過(guò)符合功能安全的理念、技術(shù)、產(chǎn)品、方案和客戶(hù)服務(wù)，為提升全球汽車(chē)安全性做出貢獻。