汽車系統(tǒng)ASIC、ASSP和電磁兼容性設(shè)計(jì)

1、汽車系統(tǒng)asic、assp和電磁兼容性設(shè)計(jì)現(xiàn)代汽車中的設(shè)備不斷增多，因而越來越需要采納良好的設(shè)計(jì)，以滿足主要的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時(shí)，越來越高的集成度也讓汽車設(shè)計(jì)師們急需系統(tǒng)芯片專用和專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品解決計(jì)劃，它們可以替換多個(gè)分立元件。本文探討了汽車設(shè)計(jì)師所瀕臨的一些電磁兼容性和集成(ic)問題?，F(xiàn)代汽車中的電子設(shè)備在以持續(xù)強(qiáng)勁的勢(shì)頭不斷進(jìn)展著 工程師們?yōu)槠嚨氖娣?、平安、消遣、?dòng)力傳動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理、穩(wěn)定和控制應(yīng)用研制出越來越復(fù)雜的解決計(jì)劃。而且，先進(jìn)的電子設(shè)備也得到越來越普遍的應(yīng)用。因此，如今甚至是最為一般的汽車也裝配有在幾年前還只專屬于高端汽車的電子設(shè)備。在過去，舒服和便利性等非關(guān)鍵應(yīng)用促

2、進(jìn)了應(yīng)用的進(jìn)展。就像電動(dòng)窗或中控鎖一樣，這些電子應(yīng)用只是替換了現(xiàn)有的機(jī)械系統(tǒng)。最近，汽車電子設(shè)備的范圍擴(kuò)展至支持一些關(guān)鍵的應(yīng)用，例如發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化、主動(dòng)與被動(dòng)平安系統(tǒng)和包括全球定位系統(tǒng)在內(nèi)的一些先進(jìn)的信息消遣系統(tǒng)。我們目前正在進(jìn)入汽車電子進(jìn)展的第三個(gè)階段。在這一階段，電子設(shè)備不僅僅起到支持關(guān)鍵功能的作用，而且是控制這些關(guān)鍵功能 不論是提供重要的駕駛員信息和控制發(fā)動(dòng)機(jī)，還是防撞擊探測(cè)與預(yù)防、舉行線控制動(dòng)與駕駛和智能化氣候控制等。正像您想象的那樣，這些應(yīng)用需要成本低、安裝簡(jiǎn)便， 并且智能化和穩(wěn)定性越來越高的電子解決計(jì)劃。速度和成本因素促進(jìn)了“通用型”硬件電子平臺(tái)的出生。這些平臺(tái)可提供基本的或頻繁的硬件

3、功能，并且可通過特地的應(yīng)用軟件定制提供同一汽車系列中不同型號(hào)所需要的功能，甚至也可為不同的汽車創(chuàng)造約定制功能。系統(tǒng)芯片()解決計(jì)劃將多種功能集成在一個(gè)集成電路中，這樣可削減組件數(shù)量和降低空間要求，同時(shí)確保長(zhǎng)久牢靠性，這對(duì)于開發(fā)勝利的通用型嵌入式電子平臺(tái)極為重要。電磁兼容性隨著汽車電子設(shè)備的不斷增多和復(fù)雜電子模塊在汽車各個(gè)部位的應(yīng)用越來越廣泛，電磁兼容性問題也越來越成為工程師們所瀕臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。其中三個(gè)主要問題是：(a) 如何將電磁敏感度降到最低，以使電子設(shè)備不受手機(jī)、全球定位系統(tǒng)或信息消遣設(shè)備等其它電子系統(tǒng)的電磁放射的影響。(b) 如何庇護(hù)電子設(shè)備不受惡劣汽車環(huán)境的影響，包括供電系統(tǒng)的瞬變和開

4、關(guān)燈和起動(dòng)電機(jī)等大負(fù)載或負(fù)載時(shí)的干擾。(c) 如何盡量削減可對(duì)其它汽車電子電路造成影響的電磁放射。而且，隨著系統(tǒng)的增強(qiáng)、車輛電子設(shè)備的增多和更多高頻電子設(shè)備造成的頻率升高，這些問題也變得越來越富挑戰(zhàn)性。此外，許多電子模塊現(xiàn)在也會(huì)與線性度差和零點(diǎn)偏移大的低功率便宜舉行接口。這些傳感器依靠小信號(hào)，電磁干擾對(duì)它們的正常工作將是災(zāi)害性的。兼容性測(cè)試、預(yù)兼容性測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)這些問題意味著汽車電磁兼容性測(cè)試已成為汽車設(shè)計(jì)的基本要素。兼容性測(cè)試已在汽車創(chuàng)造商、他們的供給商和各立法機(jī)構(gòu)間標(biāo)準(zhǔn)化。越晚發(fā)覺電磁兼容性問題，就越難識(shí)別其根本緣由 ，解決計(jì)劃也可能將更為有限和昂貴。因此，在流程的全部階段均考慮電磁兼容性問

5、題是一個(gè)基本做法-從集成電路設(shè)計(jì)和印刷電路板布局到模塊安裝和終于的汽車布局設(shè)計(jì)。為了簡(jiǎn)化這一流程，在模塊和集成電路階段考慮電磁兼容性問題的預(yù)兼容性測(cè)試已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。設(shè)計(jì)符合電磁兼容性要求的集成電路和模塊對(duì)于集成電路來說，有三種主要的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)： 電磁放射標(biāo)準(zhǔn) - iec 61967：測(cè)量150千赫至1千兆赫范圍內(nèi)的輻射和傳導(dǎo)性電磁放射電磁敏感度標(biāo)準(zhǔn) - iec 62132：測(cè)量150千赫至1千兆赫范圍內(nèi)的電磁抗擾性 瞬態(tài)標(biāo)準(zhǔn) - iso 7637：道路車輛的傳導(dǎo)和耦合造成的電氣干擾。那么，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師如何確保他們的系統(tǒng)芯片和終于的模塊滿足以上標(biāo)準(zhǔn)？傳統(tǒng)的se模型等此時(shí)已毫無用處，由于電磁場(chǎng)與s

6、pice模擬環(huán)境不兼容。由于芯片和囫圇組件的尺寸遠(yuǎn)小于電磁信號(hào)的波長(zhǎng)（1千兆赫時(shí)波長(zhǎng)為30厘米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于集成電路尺寸），在集成電路水平，電磁場(chǎng)僅用法電場(chǎng)建立模型是足夠精確的。值得注重的是，輻射放射和敏感度對(duì)于集成電路來說并不是主要問題；而主要問題的是傳導(dǎo)放射和對(duì)印刷電路板和線束上有效天線的敏感性。采納幾種技術(shù)來確保滿足電磁兼容性的要求，我們將逐一看看電磁放射和電磁敏感度這兩個(gè)問題。電磁放射電磁放射由作為天線的外部環(huán)路中的高頻而產(chǎn)生。這些高頻電流的來源包括對(duì)如數(shù)字信號(hào)處理和時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器這樣的核心數(shù)字規(guī)律的翻轉(zhuǎn)(同步規(guī)律會(huì)產(chǎn)生含有大量高頻成分的又大又尖的電流峰值)、的動(dòng)作、開關(guān)數(shù)字輸入/輸出腳和為印

7、刷電路板及線束提供高電流峰值的高功率輸出驅(qū)動(dòng)器。為了盡量削減這些因素的影響，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)在盡可能的狀況下用法低功率電路，這可能包括降低或用法自適應(yīng)電源電壓或?qū)r(shí)鐘信號(hào)分布在囫圇頻域內(nèi)的架構(gòu)。通過關(guān)閉數(shù)字系統(tǒng)中不用的部分也可削減一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)開關(guān)元件的數(shù)量。除此以外，對(duì)時(shí)鐘和驅(qū)動(dòng)器信號(hào)升高/下降沿斜率加以控制以放緩開關(guān)邊緣并提供軟開關(guān)特性也有助于削減電磁放射。最后，設(shè)計(jì)師也應(yīng)認(rèn)真討論外部的和芯片的布局辦法。例如，用法“雙絞”線的差分輸出信號(hào)產(chǎn)生的電磁放射更少，對(duì)電磁放射也更不敏感。確保電源和地彼此逼近和用法高效電源去耦也是削減電磁放射的容易辦法。電磁敏感度整流/抽運(yùn)、寄生器件、電流和功率消耗是低電

8、磁敏感度的三個(gè)最嚴(yán)峻的干擾效應(yīng)。高頻電磁功率部分由集成電路汲取，因而可造成一些干擾，包括向高阻抗節(jié)點(diǎn)輸出高頻高電壓和向低阻抗節(jié)點(diǎn)輸出高頻大電流。盡量削減電磁敏感度影響的一個(gè)重要辦法是讓電路對(duì)稱，從而避開整流的可能性。辦法是用法差分電路拓樸結(jié)構(gòu)和布局。即使在應(yīng)用（如用法傳感器）中需要小信號(hào)，可處理較大共模信號(hào)的拓樸結(jié)構(gòu)也可在大范圍電磁信號(hào)的狀況下協(xié)助系統(tǒng)保持為線性狀態(tài)。通過濾波方式限制敏感裝置的頻率輸入范圍是常常用法的另一種辦法 ，特殊是采納片上。采納高共模抑制比(cmrr)和電源抑制比(psrr)設(shè)計(jì)也可讓電路避開發(fā)生整流現(xiàn)象，減小內(nèi)部節(jié)點(diǎn)阻抗和將全部敏感節(jié)點(diǎn)放在芯片上也會(huì)產(chǎn)生此效果。最后，為

9、了避開或控制寄生器件和電流，用法庇護(hù)裝置限制超越電磁敏感度抑制水平是十分重要的。這有助于避開整流并將信號(hào)電平保持成對(duì)稱狀態(tài)，盡量削減基板電流和放掉關(guān)鍵位置的電流也是非常重要的。最新的半導(dǎo)體技術(shù)許多設(shè)計(jì)師在利用混合信號(hào)半導(dǎo)體技術(shù)來提供當(dāng)今汽車應(yīng)用所需要的系統(tǒng)芯片解決計(jì)劃。最新的高壓混和信號(hào)技術(shù)特殊適合于需要高電壓輸出的設(shè)計(jì) 例如驅(qū)動(dòng)電機(jī)或起動(dòng) 并與模擬信號(hào)條件功能和復(fù)雜數(shù)字處理相結(jié)合。安邁半導(dǎo)體公司(amis)所開發(fā)的i2t和i3t系列即是最新高電壓混合信號(hào)專用集成電路技術(shù)的典范。i3t80基于0.35微米工藝，可處理的最大電壓為80伏，從而可以在一個(gè)集成電路中集成復(fù)雜數(shù)字電路、嵌入式微處理器、

10、內(nèi)存、外設(shè)、高電壓功能和各種接口。圖1：若干功能集成在用i3t80工藝創(chuàng)造的單顆芯片圖1舉例解釋了若干功能集成在用i3t80工藝創(chuàng)造的單顆芯片，包括傳感器模擬接口（汽車應(yīng)用最頻繁的要求之一）、電機(jī)和傳動(dòng)裝置的高壓驅(qū)動(dòng)器和用法嵌入式16/32位(tm)處理器內(nèi)核的數(shù)字處理電路。對(duì)于低功率處理需求，也提供8位嵌入式r8051處理器。所示，amis可提供的其它標(biāo)準(zhǔn)ip模塊包括計(jì)時(shí)器、脈寬調(diào)制 () 功能、用于簡(jiǎn)化設(shè)備測(cè)試的jtag、接口和包括can與lin總線通信選項(xiàng)的通信。最后應(yīng)當(dāng)指出的是，i3t技術(shù)含有內(nèi)置庇護(hù)功能，可庇護(hù)專用集成電路不因過電壓或電池錯(cuò)誤銜接而受到損壞。圖2：amis-30660與其它競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的電磁抗擾性能對(duì)照狀況amis用法了這一混合信號(hào)技術(shù)和本文所描述的許多電磁兼容性合理設(shè)計(jì)辦法來為汽車工業(yè)開發(fā)各種專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(assp)，包括amis-41682標(biāo)準(zhǔn)速度、amis-42665和amis-30660高速can收發(fā)器。這些器件在can控制器和物理總線間提供了接口，在 12伏和24伏汽車及需要最大速率為1兆波特can通信的工業(yè)應(yīng)用中可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，并削減組件數(shù)量。例如，amis-30660徹低符合iso 11898-2標(biāo)準(zhǔn)，通過can控制器的放射和接收腳為提供