汽車智能化加速落地, 羅姆為安全筑起高墻

【導(dǎo)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、共享化成為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潮流和趨勢(shì)。在汽車新四化的推動(dòng)之下，汽車電子電氣架構(gòu)從原來(lái)的分布式逐漸向跨域集中式和車輛集中式不斷演進(jìn)，汽車電子軟件架構(gòu)不斷升級(jí)，軟件與硬件分層解耦，軟件定義汽車的時(shí)代即將到來(lái)。汽車智能化跑出加速度，中國(guó)的新能源車市場(chǎng)向好，ADAS功能搭載率不斷攀升，L2正在成為標(biāo)配，L3開(kāi)始量產(chǎn)上車。

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

隨著汽車智能化的推進(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(xiǎn)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(xiǎn)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(duì)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(jì)時(shí)必須考慮到當(dāng)附加的功能發(fā)生故障時(shí)應(yīng)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(guò)在道路與鐵路的交叉處設(shè)置警報(bào)器和欄桿，在鐵路上安裝傳感器，當(dāng)傳感器檢測(cè)到火車接近時(shí)，警報(bào)器響起，并降下欄桿，當(dāng)另外的傳感器檢測(cè)到火車已經(jīng)通過(guò)時(shí)，警報(bào)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(shè)置鐵路道口的方法將汽車和火車相撞的風(fēng)險(xiǎn)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(gè)案例中，如果傳感器損壞，那么在火車接近時(shí)，警報(bào)器和欄桿就不會(huì)工作，這是一種“危險(xiǎn)”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(jì)，來(lái)確保即使傳感器損壞也不會(huì)引發(fā)危險(xiǎn)狀態(tài)的設(shè)計(jì)，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(cuò)”、“東西會(huì)損壞”思路之下的一種設(shè)計(jì)，而功能安全通常要同時(shí)考慮到“系統(tǒng)性故障”和“隨機(jī)性故障”這兩方面，來(lái)確保沒(méi)有系統(tǒng)性的Bug，以及當(dāng)隨機(jī)性故障發(fā)生時(shí)不會(huì)對(duì)人造成傷害。在中國(guó)，ISO 26262（功能安全）已納入推薦性國(guó)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(kāi)始施行。

當(dāng)然，不止汽車領(lǐng)域有這個(gè)要求，很多工業(yè)場(chǎng)景同樣對(duì)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(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，這意味著故障安全和功能安全是貫穿設(shè)備開(kāi)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(hù)航

講到汽車和工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)設(shè)備安全性的需求，就不得不提到對(duì)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(jì)量?jī)x器、伺服系統(tǒng)、各種傳感器系統(tǒng)等需要對(duì)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(chǎng)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(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(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(kāi)關(guān)IC，可用于電子電路的電壓監(jiān)控，當(dāng)檢測(cè)到被監(jiān)控的電壓超過(guò)閾值時(shí)就會(huì)通過(guò)改變輸出而達(dá)到復(fù)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(tǒng)安全的作用。就好比河里的水位報(bào)警器，當(dāng)河水漫過(guò)最高警戒線或低于最低警戒線時(shí)都要拉響警報(bào)，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(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(shì)呢？由于應(yīng)用場(chǎng)景的不同，系統(tǒng)電路對(duì)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(guò)壓檢測(cè)等需求都不一樣，因此需要開(kāi)發(fā)出不同的復(fù)位IC來(lái)匹配相應(yīng)的市場(chǎng)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(zhǎng)的模擬設(shè)計(jì)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(jì)，由于BD48HW0G-C配有2個(gè)獨(dú)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(cè)電壓，并獨(dú)立復(fù)位檢測(cè)輸出。在檢測(cè)精度方面，BD48HW0G-C在-40℃-+125℃溫度范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)業(yè)界先進(jìn)的±0.75%電壓檢測(cè)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(jì)電路時(shí)無(wú)需擔(dān)心因復(fù)位電路而產(chǎn)生的功耗增加。

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

為何在車載和工業(yè)領(lǐng)域需要強(qiáng)調(diào)在全動(dòng)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(wèn)題，那么可以通過(guò)固定補(bǔ)償進(jìn)行調(diào)整，比較容易實(shí)現(xiàn)。但是在汽車和工業(yè)應(yīng)用中，環(huán)境溫度以及機(jī)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(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(duì)于車載和工業(yè)環(huán)境，選擇全動(dòng)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(jì)，從而減輕客戶的設(shè)計(jì)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(shí)，如果檢測(cè)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(tǒng)運(yùn)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(kāi)始構(gòu)建ISO 26262的流程，并在約2年半后的2018年3月，通過(guò)德國(guó)第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)TüV Rheinland獲得了ISO 26262的流程認(rèn)證。正因?yàn)閷?duì)ISO 26262規(guī)格以及應(yīng)用電路有著高度理解，羅姆針對(duì)需要功能性安全的車載和工控電源，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(cè)電壓異常的復(fù)位IC。

實(shí)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(shí)現(xiàn)的呢？

事實(shí)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(jì)”、“布局”和“工藝”這三方面都具有更深的經(jīng)驗(yàn)累積和更強(qiáng)的模擬技術(shù)優(yōu)勢(shì)?；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(shí)代技術(shù)“Nano Energy”。 使用該技術(shù)，無(wú)負(fù)載時(shí)的靜態(tài)電流可低至納安（nA）量級(jí)，不僅可以延長(zhǎng)電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和移動(dòng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)時(shí)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(gè)例子，我們知道，新能源汽車是實(shí)現(xiàn)全球“雙碳計(jì)劃”的重要組成部分，對(duì)于EV/HEV來(lái)講，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，增加行駛里程勢(shì)在必行，于是低功耗化就會(huì)變得尤為重要。其次，當(dāng)汽車怠速熄火時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，電池將提供功能所需的電力。再者，當(dāng)在停車時(shí)，時(shí)鐘在后臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)、報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)啟、無(wú)鑰匙系統(tǒng)開(kāi)啟等都將直接由電池供電，存在電池耗盡的風(fēng)險(xiǎn)。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)汽車系統(tǒng)的低功耗做貢獻(xiàn)。此外，低靜態(tài)電流帶來(lái)的不只有延長(zhǎng)電池供電設(shè)備壽命一個(gè)好處，同時(shí)對(duì)于汽車和工業(yè)應(yīng)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

寫在最后

沿著自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)鏈，L2級(jí)別的自動(dòng)駕駛滲透率不斷提升，L3級(jí)別的自動(dòng)駕駛開(kāi)始落地，新能源汽車市場(chǎng)已經(jīng)從政策驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向市場(chǎng)拉動(dòng)。這意味著汽車電子系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)汽車功能安全的需求度也越來(lái)越高。羅姆作為汽車電子領(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、方案和客戶服務(wù)，為提升全球汽車安全性做出貢獻(xiàn)。