动力系统能否在自动驾驶汽车中胜任

自动驾驶汽车的时间表

毫无疑问，自动驾驶汽车即将到来，即使沿途有一些挫折。所以，有几个很好的问题可能是：我们什么时候到达那里，到达那里需要多长时间？

根据汽车行业的说法，这种过渡有两个标准术语：一种是现有汽车逐渐到达那里的进化术语（类似于特斯拉的自动驾驶功能），另一种是我们拥有完全自动驾驶汽车的革命性术语（如谷歌的汽车）正在努力）。我不清楚这两条路是否会自行成功。它更有可能最终成为两者的共生融合。

那么，未来几年的下一步是什么？以下是将要进行的改进列表：

更先进的驾驶辅助功能将与导航和 GPS 系统同步。

像谷歌这样的公司会收集和积累关于自动驾驶汽车可能遇到的每一种情况的数据。

主要城市的3D地图数据需要地图公司加强。

汽车制造商和高科技汽车系统供应商将需要密切合作，以确保光检测、激光雷达、雷达传感器、GPS 和摄像头协同工作。

具有上述功能的车辆必须在所有地形和气候条件下进行测试。

展望未来，比如到 2020 年，配备上述半自动功能的车辆应该能够通过十字路口、交通信号灯和走走停停的交通状况。尽管如此，即使是这些高度自动驾驶的汽车，在紧急情况下仍然需要一个真正的人在前面。展望未来，比如到 2024 年，这些半自动驾驶汽车也将在更严格的条件下正常运行，例如恶劣的天气和夜间。到这个时间框架，电梯服务提供商可能会开始使用这些类型的汽车，而无需任何司机。当然，汽车制造商必须确保他们的车辆能够理解行人发出的人类信号，例如在十字路口或十字路口挥手示意。所有这些进步都需要汽车制造商在其车辆中配备许多自动驾驶功能，

当然，使这一时间表成为现实所需的所有进步都将给 IC 半导体行业带来福音，因为它将为实现这一切所需的许多系统提供大部分硅含量。这种硅成分将由数字和模拟集成电路 （IC） 组成。

图 1. 简化的 LT8650S 原理图，在 2MHz 时提供 4A 5V 和 4A 输出 3.3V。

模拟 IC

完全自动驾驶汽车显然将拥有许多不同的电子系统，其中混合了数字和模拟 IC。这些将包括高级驾驶员辅助系统 （ADAS）、自动驾驶计算机、自动泊车辅助、盲点监控、智能巡航控制、夜视、激光雷达等等——不胜枚举。所有这些系统都需要各种不同的电压轨和电流水平才能正确运行；但是，它们可能需要直接从汽车的电池和/或交流发电机供电，在某些情况下，还需要从这些轨道之一的后调节轨道供电。这通常适用于 VLSI 数字 IC（例如 FPGA 和 GPU）的核心电压，它们在几安培到 10 安培的电流下可能需要低于 1 V 的工作电压。

系统设计人员还必须确保 ADAS 符合车辆内的各种抗噪标准。在汽车环境中，在重视低散热和效率的领域，开关稳压器正在取代线性稳压器。此外，开关稳压器通常是输入电源总线上的第一个有源元件，因此对整个转换器电路的 EMI 性能有重大影响。

有两种类型的 EMI 辐射：传导和辐射。传导发射在连接到产品的电线和迹线上传播。由于噪声局限于设计中的特定端子或连接器，因此通常可以在开发过程中相对较早地通过良好的布局或滤波器设计来确保符合传导发射要求，如前所述。

然而，辐射发射完全是另一回事。板上所有承载电流的东西都会辐射电磁场。板上的每条走线都是天线，每个铜平面都是谐振器。纯正弦波或直流电压以外的任何东西都会在整个信号频谱中产生噪声。即使进行了仔细的设计，电源设计人员在系统经过测试之前也永远不会真正知道辐射发射的严重程度，并且在设计基本完成之前无法正式执行辐射发射测试。

滤波器通常用于通过衰减某个频率或某个频率范围内的强度来降低 EMI。穿过空间（辐射）的一部分能量通过添加金属和磁屏蔽来衰减。通过添加铁氧体磁珠和其他滤波器来驯服 PCB 走线（传导）上的部分。EMI 无法消除，但可以衰减到其他通信和数字组件可接受的水平。此外，一些监管机构执行标准以确保合规。

具有低 EMI/EMC 排放的高压转换器解决方案

正是由于本文概述的应用限制，Analog Devices 的 Power by Linear Group 开发了LT8650S — 一款支持高输入电压的双输出单片同步降压转换器，同时具有低 EMI/EMC 辐射。如图 1 所示，它是一种双通道设计，由两个高压 4 A 通道组成，可提供低至 0.8 V 的电压，使其能够驱动当前可用的最低电压微处理器内核。

有关排放输出特性，请参见图 2。这种改进的 EMI/EMC 性能对电路板布局不敏感，即使在使用 2 层 PC 板时也能简化设计并降低风险。LT8650S 可以在其整个负载范围内以 2MHz 的开关频率轻松通过汽车 CISPR 25、5 类峰值 EMI 限制。扩频频率调制也可用于进一步降低 EMI 水平。

图 2. LT8650S 辐射 EMI 性能图。

同样，对于需要比 LT8650S 提供的更宽输入范围的应用，ADI 公司还开发了LT8645S — 一款具有高输入电压能力的单片同步降压转换器，同时具有低 EMI 辐射。如图 3 所示，它是单通道设计，可在 5 V 电压下提供 8 A 输出。

图 3. 简化的 LT8645S 原理图，在 2MHz 时提供 5V、8A 输出。

有关排放输出特性，请参见图 4。这种改进的 EMI/EMC 性能对电路板布局不敏感，即使在使用 2 层 PC 板时也能简化设计并降低风险。LT8645S 可以在其整个负载范围内轻松通过汽车 CISPR 25、5 类峰值 EMI 限制。扩频频率调制也可用于进一步降低 EMI 水平。

图 4. LT8645S 辐射 EMI 性能图。

结论

即使在目前，未来自动驾驶汽车（和卡车）所必需的汽车系统的扩散也继续获得动力。当然，电压和电流水平会发生变化；尽管如此，对低 EMI/EMC 排放的要求不会消失，它们需要在其中运行的恶劣环境也不会消失。幸运的是，现在和未来有越来越多的解决方案可以帮助系统设计人员，即使 2030 年代中期似乎还有很长的路要走。

审核编辑：郭婷