自動(dòng)駕駛汽車(chē)的時(shí)間表

毫無(wú)疑問(wèn)，自動(dòng)駕駛汽車(chē)即將到來(lái)，即使沿途有一些挫折。所以，有幾個(gè)很好的問(wèn)題可能是：我們什么時(shí)候到達(dá)那里，到達(dá)那里需要多長(zhǎng)時(shí)間？

根據(jù)汽車(chē)行業(yè)的說(shuō)法，這種過(guò)渡有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)：一種是現(xiàn)有汽車(chē)逐漸到達(dá)那里的進(jìn)化術(shù)語(yǔ)（類(lèi)似于特斯拉的自動(dòng)駕駛功能），另一種是我們擁有完全自動(dòng)駕駛汽車(chē)的革命性術(shù)語(yǔ)（如谷歌的汽車(chē)）正在努力）。我不清楚這兩條路是否會(huì)自行成功。它更有可能最終成為兩者的共生融合。

那么，未來(lái)幾年的下一步是什么？以下是將要進(jìn)行的改進(jìn)列表：

更先進(jìn)的駕駛輔助功能將與導(dǎo)航和 GPS 系統(tǒng)同步。

像谷歌這樣的公司會(huì)收集和積累關(guān)于自動(dòng)駕駛汽車(chē)可能遇到的每一種情況的數(shù)據(jù)。

主要城市的3D地圖數(shù)據(jù)需要地圖公司加強(qiáng)。

汽車(chē)制造商和高科技汽車(chē)系統(tǒng)供應(yīng)商將需要密切合作，以確保光檢測(cè)、激光雷達(dá)、雷達(dá)傳感器、GPS 和攝像頭協(xié)同工作。

具有上述功能的車(chē)輛必須在所有地形和氣候條件下進(jìn)行測(cè)試。

展望未來(lái)，比如到 2020 年，配備上述半自動(dòng)功能的車(chē)輛應(yīng)該能夠通過(guò)十字路口、交通信號(hào)燈和走走停停的交通狀況。盡管如此，即使是這些高度自動(dòng)駕駛的汽車(chē)，在緊急情況下仍然需要一個(gè)真正的人在前面。展望未來(lái)，比如到 2024 年，這些半自動(dòng)駕駛汽車(chē)也將在更嚴(yán)格的條件下正常運(yùn)行，例如惡劣的天氣和夜間。到這個(gè)時(shí)間框架，電梯服務(wù)提供商可能會(huì)開(kāi)始使用這些類(lèi)型的汽車(chē)，而無(wú)需任何司機(jī)。當(dāng)然，汽車(chē)制造商必須確保他們的車(chē)輛能夠理解行人發(fā)出的人類(lèi)信號(hào)，例如在十字路口或十字路口揮手示意。所有這些進(jìn)步都需要汽車(chē)制造商在其車(chē)輛中配備許多自動(dòng)駕駛功能，

當(dāng)然，使這一時(shí)間表成為現(xiàn)實(shí)所需的所有進(jìn)步都將給 IC 半導(dǎo)體行業(yè)帶來(lái)福音，因?yàn)樗鼘閷?shí)現(xiàn)這一切所需的許多系統(tǒng)提供大部分硅含量。這種硅成分將由數(shù)字和模擬集成電路 （IC） 組成。

圖 1. 簡(jiǎn)化的 LT8650S 原理圖，在 2MHz 時(shí)提供 4A 5V 和 4A 輸出 3.3V。

模擬 IC

完全自動(dòng)駕駛汽車(chē)顯然將擁有許多不同的電子系統(tǒng)，其中混合了數(shù)字和模擬 IC。這些將包括高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng) （ADAS）、自動(dòng)駕駛計(jì)算機(jī)、自動(dòng)泊車(chē)輔助、盲點(diǎn)監(jiān)控、智能巡航控制、夜視、激光雷達(dá)等等——不勝枚舉。所有這些系統(tǒng)都需要各種不同的電壓軌和電流水平才能正確運(yùn)行；但是，它們可能需要直接從汽車(chē)的電池和/或交流發(fā)電機(jī)供電，在某些情況下，還需要從這些軌道之一的后調(diào)節(jié)軌道供電。這通常適用于 VLSI 數(shù)字 IC（例如 FPGA 和 GPU）的核心電壓，它們?cè)趲装才嗟?10 安培的電流下可能需要低于 1 V 的工作電壓。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還必須確保 ADAS 符合車(chē)輛內(nèi)的各種抗噪標(biāo)準(zhǔn)。在汽車(chē)環(huán)境中，在重視低散熱和效率的領(lǐng)域，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器正在取代線性穩(wěn)壓器。此外，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器通常是輸入電源總線上的第一個(gè)有源元件，因此對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)換器電路的 EMI 性能有重大影響。

有兩種類(lèi)型的 EMI 輻射：傳導(dǎo)和輻射。傳導(dǎo)發(fā)射在連接到產(chǎn)品的電線和跡線上傳播。由于噪聲局限于設(shè)計(jì)中的特定端子或連接器，因此通常可以在開(kāi)發(fā)過(guò)程中相對(duì)較早地通過(guò)良好的布局或濾波器設(shè)計(jì)來(lái)確保符合傳導(dǎo)發(fā)射要求，如前所述。

然而，輻射發(fā)射完全是另一回事。板上所有承載電流的東西都會(huì)輻射電磁場(chǎng)。板上的每條走線都是天線，每個(gè)銅平面都是諧振器。純正弦波或直流電壓以外的任何東西都會(huì)在整個(gè)信號(hào)頻譜中產(chǎn)生噪聲。即使進(jìn)行了仔細(xì)的設(shè)計(jì)，電源設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試之前也永遠(yuǎn)不會(huì)真正知道輻射發(fā)射的嚴(yán)重程度，并且在設(shè)計(jì)基本完成之前無(wú)法正式執(zhí)行輻射發(fā)射測(cè)試。

濾波器通常用于通過(guò)衰減某個(gè)頻率或某個(gè)頻率范圍內(nèi)的強(qiáng)度來(lái)降低 EMI。穿過(guò)空間（輻射）的一部分能量通過(guò)添加金屬和磁屏蔽來(lái)衰減。通過(guò)添加鐵氧體磁珠和其他濾波器來(lái)馴服 PCB 走線（傳導(dǎo)）上的部分。EMI 無(wú)法消除，但可以衰減到其他通信和數(shù)字組件可接受的水平。此外，一些監(jiān)管機(jī)構(gòu)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)以確保合規(guī)。

具有低 EMI/EMC 排放的高壓轉(zhuǎn)換器解決方案

正是由于本文概述的應(yīng)用限制，Analog Devices 的 Power by Linear Group 開(kāi)發(fā)了LT8650S — 一款支持高輸入電壓的雙輸出單片同步降壓轉(zhuǎn)換器，同時(shí)具有低 EMI/EMC 輻射。如圖 1 所示，它是一種雙通道設(shè)計(jì)，由兩個(gè)高壓 4 A 通道組成，可提供低至 0.8 V 的電壓，使其能夠驅(qū)動(dòng)當(dāng)前可用的最低電壓微處理器內(nèi)核。

有關(guān)排放輸出特性，請(qǐng)參見(jiàn)圖 2。這種改進(jìn)的 EMI/EMC 性能對(duì)電路板布局不敏感，即使在使用 2 層 PC 板時(shí)也能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并降低風(fēng)險(xiǎn)。LT8650S 可以在其整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)以 2MHz 的開(kāi)關(guān)頻率輕松通過(guò)汽車(chē) CISPR 25、5 類(lèi)峰值 EMI 限制。擴(kuò)頻頻率調(diào)制也可用于進(jìn)一步降低 EMI 水平。

圖 2. LT8650S 輻射 EMI 性能圖。

同樣，對(duì)于需要比 LT8650S 提供的更寬輸入范圍的應(yīng)用，ADI 公司還開(kāi)發(fā)了LT8645S — 一款具有高輸入電壓能力的單片同步降壓轉(zhuǎn)換器，同時(shí)具有低 EMI 輻射。如圖 3 所示，它是單通道設(shè)計(jì)，可在 5 V 電壓下提供 8 A 輸出。

圖 3. 簡(jiǎn)化的 LT8645S 原理圖，在 2MHz 時(shí)提供 5V、8A 輸出。

有關(guān)排放輸出特性，請(qǐng)參見(jiàn)圖 4。這種改進(jìn)的 EMI/EMC 性能對(duì)電路板布局不敏感，即使在使用 2 層 PC 板時(shí)也能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并降低風(fēng)險(xiǎn)。LT8645S 可以在其整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)輕松通過(guò)汽車(chē) CISPR 25、5 類(lèi)峰值 EMI 限制。擴(kuò)頻頻率調(diào)制也可用于進(jìn)一步降低 EMI 水平。

圖 4. LT8645S 輻射 EMI 性能圖。

結(jié)論

即使在目前，未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車(chē)（和卡車(chē)）所必需的汽車(chē)系統(tǒng)的擴(kuò)散也繼續(xù)獲得動(dòng)力。當(dāng)然，電壓和電流水平會(huì)發(fā)生變化；盡管如此，對(duì)低 EMI/EMC 排放的要求不會(huì)消失，它們需要在其中運(yùn)行的惡劣環(huán)境也不會(huì)消失。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在和未來(lái)有越來(lái)越多的解決方案可以幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，即使 2030 年代中期似乎還有很長(zhǎng)的路要走。

審核編輯：郭婷