汽車智能化加速落地，羅姆為安全筑起高墻

汽車智能化趨勢下，功能安全成為行業(yè)關(guān)注焦點

隨著汽車智能化的推進(jìn)以及自動駕駛技術(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。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)安全是通過消除危險原因來確保安全的方法；而功能安全是通過功能方面的努力將風(fēng)險降低到可接受水平來確保安全的方法。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(shè)計時必須考慮到當(dāng)附加的功能發(fā)生故障時應(yīng)如何確保安全。

圖|本質(zhì)安全與功能安全的思路

舉個例子，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，從物理上避免火車和汽車碰撞的方法，這是一種本質(zhì)安全的思路。而如果通過在道路與鐵路的交叉處設(shè)置警報器和欄桿，在鐵路上安裝傳感器，當(dāng)傳感器檢測到火車接近時，警報器響起，并降下欄桿，當(dāng)另外的傳感器檢測到火車已經(jīng)通過時，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，但可通過設(shè)置鐵路道口的方法將汽車和火車相撞的風(fēng)險降低到可接受的水平，這就是功能安全的思路。當(dāng)然，在這個案例中，如果傳感器損壞，那么在火車接近時，警報器和欄桿就不會工作，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(shè)計，來確保即使傳感器損壞也不會引發(fā)危險狀態(tài)的設(shè)計，這就是故障安全（Fail Safe）的思路。

由此可知，功能安全其實就是基于“人會犯錯”、“東西會損壞”思路之下的一種設(shè)計，而功能安全通常要同時考慮到“系統(tǒng)性故障”和“隨機性故障”這兩方面，來確保沒有系統(tǒng)性的Bug，以及當(dāng)隨機性故障發(fā)生時不會對人造成傷害。在中國，ISO 26262（功能安全）已納入推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)，ISO 26262的第一版中文譯本GB/T 34590已于2018年5月起開始施行。

當(dāng)然，不止汽車領(lǐng)域有這個要求，很多工業(yè)場景同樣對安全性要求非常高。為了構(gòu)建更安全的系統(tǒng)，必須在設(shè)備開發(fā)過程中就要考慮到在發(fā)生問題時如何確保安全，這意味著故障安全和功能安全是貫穿設(shè)備開發(fā)全流程的。

復(fù)位IC為汽車和工業(yè)用設(shè)備安全保駕護航

講到汽車和工業(yè)應(yīng)用場景對設(shè)備安全性的需求，就不得不提到對系統(tǒng)電源電壓進(jìn)行監(jiān)控的重要性，而復(fù)位IC是電壓監(jiān)控電路中不可或缺的產(chǎn)品之一，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于EV/HEV逆變器、引擎控制單元、ADAS、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車空調(diào)、FA設(shè)備、計量儀器、伺服系統(tǒng)、各種傳感器系統(tǒng)等需要對電子電路進(jìn)行電壓監(jiān)控的各種車載和工業(yè)設(shè)備應(yīng)用中。

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

圖|復(fù)位IC工作示例

那么，什么是復(fù)位IC呢？復(fù)位IC是一種開關(guān)IC，可用于電子電路的電壓監(jiān)控，當(dāng)檢測到被監(jiān)控的電壓超過閾值時就會通過改變輸出而達(dá)到復(fù)位操作的效果，因此具有通過與微控制器合作來確保系統(tǒng)安全的作用。就好比河里的水位報警器，當(dāng)河水漫過最高警戒線或低于最低警戒線時都要拉響警報，并觸發(fā)放水或蓄水動作，而這里的水位傳感器就好比電路中的復(fù)位IC，起到的效果是一樣的。

羅姆新推的復(fù)位IC “BD48HW0G-C”有何特別之處？

同樣是復(fù)位IC，為什么要有這么多類型？羅姆最新推出的復(fù)位IC “BD48HW0G-C”又有什么特色或優(yōu)勢呢？由于應(yīng)用場景的不同，系統(tǒng)電路對復(fù)位IC精度、功耗、工作電壓、功能安全、監(jiān)控電壓范圍、欠壓/過壓檢測等需求都不一樣，因此需要開發(fā)出不同的復(fù)位IC來匹配相應(yīng)的市場需求。

圖|羅姆窗口型復(fù)位IC產(chǎn)品陣容

羅姆最新推出的復(fù)位IC “BD48HW0G-C”是一款支持40V電壓的窗口型復(fù)位IC，由于采用了高耐壓的BiCDMOS工藝，并融合了羅姆所擅長的模擬設(shè)計技術(shù)，BD48HW0G-C工作電壓范圍寬至1.8V～40V可調(diào)。關(guān)于窗口型的設(shè)計，由于BD48HW0G-C配有2個獨立的基準(zhǔn)電壓電路，因此可以靈活地設(shè)置High側(cè)和Low側(cè)的檢測電壓，并獨立復(fù)位檢測輸出。在檢測精度方面，BD48HW0G-C在-40℃-+125℃溫度范圍內(nèi)可實現(xiàn)業(yè)界先進(jìn)的±0.75%電壓檢測精度，高于業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)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(fù)位IC的1/16，這使得工程師在設(shè)計電路時無需擔(dān)心因復(fù)位電路而產(chǎn)生的功耗增加。

圖|在全動作溫度范圍內(nèi)的高精度復(fù)位IC更易于系統(tǒng)設(shè)計

為何在車載和工業(yè)領(lǐng)域需要強調(diào)在全動作溫度范圍內(nèi)的、穩(wěn)定的高精度特性呢？我們知道，如果只是在25℃下有值偏離的問題，那么可以通過固定補償進(jìn)行調(diào)整，比較容易實現(xiàn)。但是在汽車和工業(yè)應(yīng)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(fù)位檢出電壓受溫度的影響會產(chǎn)生波動，這種受溫度影響下的偏離是非常難修正的，因此對于車載和工業(yè)環(huán)境，選擇全動作溫度范圍內(nèi)的、穩(wěn)定的高精度復(fù)位IC更易于系統(tǒng)設(shè)計，從而減輕客戶的設(shè)計負(fù)擔(dān)。此外，在車載和工業(yè)環(huán)境下，通常環(huán)境噪聲較大，當(dāng)外部噪聲侵入時，如果檢測出電壓的精度差，那么容易發(fā)生誤動作，因此為了避免或減少外部噪聲的影響，提高系統(tǒng)運行的可靠性，高精度復(fù)位IC是更好的選擇。

值得一提的是，羅姆從2015年就已經(jīng)開始構(gòu)建ISO 26262的流程，并在約2年半后的2018年3月，通過德國第三方認(rèn)證機構(gòu)TüV Rheinland獲得了ISO 26262的流程認(rèn)證。正因為對ISO 26262規(guī)格以及應(yīng)用電路有著高度理解，羅姆針對需要功能性安全的車載和工控電源，開發(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(fù)位IC。

實現(xiàn)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(fù)位IC的1/16，如此超低功耗是如何實現(xiàn)的呢？

事實上，羅姆采用的是IDM的模式，在這種垂直統(tǒng)合型生產(chǎn)體制下，羅姆在“電路設(shè)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(fù)載狀態(tài)下徹底削減消耗電流的劃時代技術(shù)“Nano Energy?”。 使用該技術(shù)，無負(fù)載時的靜態(tài)電流可低至納安（nA）量級，不僅可以延長電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和移動設(shè)備的驅(qū)動時間，還有助于不希望增加功耗的車載和工業(yè)設(shè)備的高效率工作。

舉個例子，我們知道，新能源汽車是實現(xiàn)全球“雙碳計劃”的重要組成部分，對于EV/HEV來講，提高燃油經(jīng)濟性，增加行駛里程勢在必行，于是低功耗化就會變得尤為重要。其次，當(dāng)汽車怠速熄火時，發(fā)動機會停止運轉(zhuǎn)，電池將提供功能所需的電力。再者，當(dāng)在停車時，時鐘在后臺運轉(zhuǎn)、報警系統(tǒng)開啟、無鑰匙系統(tǒng)開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，而通過搭載Nano Energy?技術(shù)，可以為整個汽車系統(tǒng)的低功耗做貢獻(xiàn)。此外，低靜態(tài)電流帶來的不只有延長電池供電設(shè)備壽命一個好處，同時對于汽車和工業(yè)應(yīng)用來說，還能減少電路中的暗電流，有助于EMC的改善。

寫在最后

沿著自動駕駛產(chǎn)業(yè)鏈，L2級別的自動駕駛滲透率不斷提升，L3級別的自動駕駛開始落地，新能源汽車市場已經(jīng)從政策驅(qū)動轉(zhuǎn)向市場拉動。這意味著汽車電子系統(tǒng)越來越復(fù)雜，對汽車功能安全的需求度也越來越高。羅姆作為汽車電子領(lǐng)域的深耕者，將通過符合功能安全的理念、技術(shù)、產(chǎn)品、方案和客戶服務(wù)，為提升全球汽車安全性做出貢獻(xiàn)。