给乘客提供卓越体验，汽车信息娱乐系统优化设计方案

简介

现代生活越来越依赖于随时保持连接–与同事、社交、家庭、智能家电–人们渴望的无缝连接，推动着车载信息娱乐系统的变化。据 analysts，对新的和更好的、适合当今数字生活方式的车载设备的需求，看起来很好，避免了驾驶分心，推动信息娱乐系统市场在2020年前超过350亿美元。

从设计的角度来看，信息娱乐设备变得越来越复杂。虽然DIN尺寸的简单的收音机/ CD 播放器的日子一去不复返，但这些旧功能仍有一定的需求，支持许多附加功能如互联网连接、智能手机连接、辅助惯性传感的卫星导航、摄像机输入、图形化的触摸屏、为其他乘客提供的多显示输出等。

复杂系统的功耗要求

这一切都需要在仪表板后的大量的电路，有大量的工程含义。空间十分有限，尽管半导体集成可以减轻这到某种程度，但要使用一系列更广泛的集成电路(IC)，其中包括高性能处理器或 FPGA、ASIC、接口芯片、显示控制器、模拟元件。因此，需要更多的电源轨，以各种电压运行，涵盖 1.5-3.3V 的低压逻辑器件，5V、8V 或 9V 的旧式调谐器和CD电路，10-12 V 的其他电路如控制台照明。在过去，需要较少的电源电压要求，工程师对每一轨道使用个别调节器可以确保足够的功率控制。这种做法变得不适用，因为空间的限制对设计决策有更大的影响。

热管理也应该慎重考虑。额外的组件，和其相关的电源，产生额外的热量，而熟悉的热威胁 - 来自太阳和发动机的热量–仍像以往一样强烈。此外，有许多噪声源的含量，如手机发射器、蓝牙®、雷达和/或激光雷达设备、发动机点火和汽车导线上的电快速瞬变。

此外，由于对信息娱乐系统的电源要求更复杂，为许多额外的组件供电，车辆整体能效越来越重要，因为买家需求更经济的汽车，和汽车世界向电动车（EV）发展；在这里，电池能量和驾驶距离之间的联系对终端用户是非常明显的。

对新一代丰富功能的、连接的车载信息娱乐系统的电源管理必须考虑到所有这些因素。仅仅扩展传统的方法，使用一系列分立的稳压器为各轨道供电，可以形成一个包含大量个别元件的系统，如图1所示。各稳压器外部所需的无源组件进一步增加方案的尺寸和物料单成本。

图1. 使用分立的稳压器为大量的电压轨供电增加元件数量和方案尺寸。

集成的替代方案

需要更集成的方法，如使用电源管理 IC（PMIC），但设计人员需要掌控。如果考虑最新的信息娱乐系统的要求设计该 PMIC，最终的方案可能过度集成，包含不需要的功能。反之，相对系统需求一些输出可能被忽视。系统设计人员需要选择一个适当的额定功率轨的 PMIC，集成增值功能，节省外部元件和成本，并提供所需的调整灵活性以满足个别的系统要求。

这是安森美半导体在设计用于汽车信息娱乐应用的 LV56851UV 多输出系统电源IC时采用的方案。有五个芯片上线性稳压器（LDO），以及一个高边开关。这种集成方案还简化了提供必要的保护机制，包括电源过压和过流保护，以及热保护，如果芯片温度超过 140°C 和启动热关断超过 175 °C，则生成警告，有效防止损伤。

此外，集成功能如电池电压检测和辅助（ACC）电源电压监测节省额外的外部元件。提供外部放大器电源（AMP）进一步帮助节省整体元件，IC还提供强制复位功能，帮助设计人员满足汽车电气系统的国际安全要求。图2展示了 LV56851UV 关于信息娱乐系统的功率要求的特征，对比于如图1所示的基于分立元件的设计。

图2. 集成的多输出电源 IC 优化以满足信息娱乐系统的要求。

5个 LDO 设计用于为工作于 3.3-5.5V 和 1.25-5V 的逻辑器件和处理器、以及音频/调谐器和 CD 电路和电源电压在 10-12V 的照明供电。集成的高边开关可用于帮助管理连接设备如智能手机或车内个人媒体播放器的 USB 端口。

该器件的一个重要特性是系统、音频、CD 和照明输出的 I2C 可编程性。这不仅使个别轨道根据需要被打开或禁用，还支持输出电压的调节。这为设计人员提供灵活性来满足个别的系统要求，或快速实施任何设计变化，而不需要改变外部元件。高边开关输出也可以通过使用 I2C 命令启用或禁用。

片上提供更多

帮助节省 PCB 空间和降低物料单成本的附加功能，包括内置电池电压检测，省去了通常包括三个晶体管、两个二极管、两个电容和四个电阻的传统的齐纳检测电路。图 3a 和 3b 比较典型的分立电路和板载 LV56851UV 的集成的检测电路。检测精度也提高到 ±3%，而传统电路由于一个齐纳二极管的典型容差，其准确度不能优于 ±5%。此外，分立方案的欠压和过压检测阈值通常是高度依赖于温度的。相比之下，集成的检测电路具有非常稳定的温度特性。

图3a和3b. 集成的电池电压检测电路节省元件数和 PCB 面积。

如果需要电池过长时间运行配件，LV56851UV 提供的 ACC 欠压检测也保护汽车免受配件上过低电压的损伤。通过芯片上集成电路，省去了8个分立元件，包括一个齐纳二极管、晶体管和电容器，以及五个电阻。内置复位电路也增强了温度稳定性和检测精度。I2C 总线连接提供了一个渠道以向主系统控制器报告电池电压和 ACC 电压，以及其他诊断信息。

紧凑的 HZIP15 封装在15引脚的外形内提供强大的功能。调节器输出的额定输出电流专为连接的电路供电–如直流输出的 1500 mA 额定输出，可通过 I2C 命令设定在 5V 和 8V 之间–该 IC 具有非常低的静态电流和待机功耗仅为 60µA。

使用一个集成的系统电源 IC，代替一个分立的稳压器阵列或一个不太适合当今的信息娱乐系统的 “最合适”的芯片，不仅有助于管理板尺寸、减少物料单，最大限度地提高能效和防止热威胁，还简化了设计，和有助于减少重量，从而最大限度地减少信息娱乐系统对汽车燃油经济性的影响。

总结

未来汽车信息娱乐迈向更精密的系统以为驾驶员和乘客提供卓越的体验。更多的便利和互联需要额外的功能，但必须使元件数和电路最小化。更好的半导体集成提供了前进的方向，包括电源管理子系统的集成。新一代的多输出系统电源 IC 实现节省空间和高能效的方案。