自动驾驶汽车具有低EMI／EMC辐射的高压转换器解决方案

作者：Tony Armstrong

自动驾驶汽车的时间表

毫无疑问，自动驾驶汽车即将到来，即使一路上有一些挫折。所以，有几个好的问题可能是：我们什么时候能到达那里，需要多长时间才能到达那里？

根据汽车行业的说法，这种转变有两个标准术语：一个是进化的，即现有汽车一点一点地到达那里（类似于特斯拉的自动驾驶功能），另一个是革命性的术语，即我们拥有完全自动驾驶汽车（如谷歌正在开发的汽车）。我不清楚任何一条道路是否会自行成功;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？以下是将要取得的进步列表：

更高级的驾驶员辅助功能，将同步到导航和GPS系统。
像谷歌这样的公司将收集和积累有关自动驾驶汽车可能遇到的每种情况的数据。
主要城市的3D测绘数据将需要测绘公司加强。
汽车制造商和高科技汽车系统供应商需要彼此密切合作，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下进行测试。

展望未来，比如说到2020年，配备上述半自动功能的车辆应该能够在十字路口、交通信号灯和走走停停的交通状况中导航。然而，即使是这些高度自动化的汽车，在紧急情况下仍然需要一个真正的人站在前面。展望未来，比如说到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，例如恶劣天气和夜间。到这个时间范围，电梯服务提供商可能会开始使用这些类型的汽车，没有任何司机。当然，汽车制造商必须确保他们的车辆能够理解行人的信号，比如在十字路口或十字路口挥手致意。所有这些进步都需要汽车制造商在其车辆中拥有许多自主功能，这可能会使自动驾驶汽车在本世纪30年代中期上路。

当然，实现这一时间表所需的所有进步都将是IC半导体行业的福音，因为它将为实现这一目标所需的许多系统提供大部分硅含量。该硅含量将由数字和模拟集成电路（IC）组成。

图1.简化的LT8650S原理图在2 MHz时提供5 V/4 A输出和3.3 V/4 A输出。

模拟集成电路

全自动驾驶汽车显然将拥有许多不同的电子系统，混合使用数字和模拟IC。这些将包括高级驾驶辅助系统（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。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常运行;但是，它们可能需要直接由汽车的电池和/或交流发电机供电，在某些情况下，还需要由这些电源轨之一的后稳压轨道供电。VLSI 数字 IC（如 FPGA 和 GPU）的核心电压通常就是这种情况，这些 IC 可能需要低于 1 V 的工作电压，电流从几安培到 10 安培不等。

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，开关稳压器正在重视低散热和效率的领域取代线性稳压器。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。

EMI发射有两种类型：传导和辐射。传导辐射依赖于连接到产品的电线和走线。由于噪声局限于设计中的特定端子或连接器，因此在开发过程的早期，通过如前所述，良好的布局或滤波器设计通常可以确保符合传导辐射要求。

然而，辐射发射完全是另一回事。电路板上承载电流的所有东西都会辐射电磁场。电路板上的每一条走线都是天线，每个铜平面都是谐振器。除纯正弦波或直流电压外，任何其他因素都会在整个信号频谱中产生噪声。即使经过精心设计，电源设计人员在系统测试之前也永远不会真正知道辐射发射有多糟糕，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在一定频率或一定频率范围内衰减强度来降低EMI。通过空间传播的能量的一部分（辐射）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位于PCB走线（导电）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性。

具有低EMI/EMC辐射的高压转换器解决方案

正是由于本文概述的应用限制，ADI公司的Power by Linear Group开发了LT8650S，这是一款支持高输入电压的双输出单芯片同步降压转换器，还具有低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，提供低至0.8 V的电压，使其能够驱动目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可在整个负载范围内以2 MHz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更宽输入范围的应用，ADI公司还开发了LT8645S，这是一款具有高输入电压能力的单芯片同步降压转换器，还具有低EMI辐射。如图3所示，它是一种单通道设计，在5 V时提供8 A输出。

图3.简化的LT8645S原理图，在2 MHz时提供5 V/8 A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可在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

未来自动驾驶汽车（和卡车）所必需的汽车系统的扩散即使在现在也继续获得动力。当然，电压和电流水平会发生变化;然而，对低EMI/EMC辐射的要求不会消失，它们需要运行的恶劣环境也不会消失。幸运的是，现在和将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。