簡介

現代生活越來越依賴于隨時保持連接–與同事、社交、家庭、智能家電–人們渴望的無縫連接，推動著車載信息娛樂系統的變化。據 analysts，對新的和更好的、適合當今數字生活方式的車載設備的需求，看起來很好，避免了駕駛分心，推動信息娛樂系統市場在2020年前超過350億美元。

從設計的角度來看，信息娛樂設備變得越來越復雜。雖然DIN尺寸的簡單的收音機/ CD 播放器的日子一去不復返，但這些舊功能仍有一定的需求，支持許多附加功能如互聯網連接、智能手機連接、輔助慣性傳感的衛星導航、攝像機輸入、圖形化的觸摸屏、為其他乘客提供的多顯示輸出等。

復雜系統的功耗要求

這一切都需要在儀表板后的大量的電路，有大量的工程含義。空間十分有限，盡管半導體集成可以減輕這到某種程度，但要使用一系列更廣泛的集成電路(IC)，其中包括高性能處理器或 FPGA、ASIC、接口芯片、顯示控制器、模擬元件。因此，需要更多的電源軌，以各種電壓運行，涵蓋 1.5-3.3V 的低壓邏輯器件，5V、8V 或 9V 的舊式調諧器和CD電路，10-12 V 的其他電路如控制臺照明。在過去，需要較少的電源電壓要求，工程師對每一軌道使用個別調節器可以確保足夠的功率控制。這種做法變得不適用，因為空間的限制對設計決策有更大的影響。

熱管理也應該慎重考慮。額外的組件，和其相關的電源，產生額外的熱量，而熟悉的熱威脅 - 來自太陽和發動機的熱量–仍像以往一樣強烈。此外，有許多噪聲源的含量，如手機發射器、藍牙?、雷達和/或激光雷達設備、發動機點火和汽車導線上的電快速瞬變。

此外，由于對信息娛樂系統的電源要求更復雜，為許多額外的組件供電，車輛整體能效越來越重要，因為買家需求更經濟的汽車，和汽車世界向電動車（EV）發展；在這里，電池能量和駕駛距離之間的聯系對終端用戶是非常明顯的。

對新一代豐富功能的、連接的車載信息娛樂系統的電源管理必須考慮到所有這些因素。僅僅擴展傳統的方法，使用一系列分立的穩壓器為各軌道供電，可以形成一個包含大量個別元件的系統，如圖1所示。各穩壓器外部所需的無源組件進一步增加方案的尺寸和物料單成本。

圖1. 使用分立的穩壓器為大量的電壓軌供電增加元件數量和方案尺寸。

集成的替代方案

需要更集成的方法，如使用電源管理 IC（PMIC），但設計人員需要掌控。如果考慮最新的信息娛樂系統的要求設計該 PMIC，最終的方案可能過度集成，包含不需要的功能。反之，相對系統需求一些輸出可能被忽視。系統設計人員需要選擇一個適當的額定功率軌的 PMIC，集成增值功能，節省外部元件和成本，并提供所需的調整靈活性以滿足個別的系統要求。

這是安森美半導體在設計用于汽車信息娛樂應用的 LV56851UV 多輸出系統電源IC時采用的方案。有五個芯片上線性穩壓器（LDO），以及一個高邊開關。這種集成方案還簡化了提供必要的保護機制，包括電源過壓和過流保護，以及熱保護，如果芯片溫度超過 140°C 和啟動熱關斷超過 175 °C，則生成警告，有效防止損傷。

此外，集成功能如電池電壓檢測和輔助（ACC）電源電壓監測節省額外的外部元件。提供外部放大器電源（AMP）進一步幫助節省整體元件，IC還提供強制復位功能，幫助設計人員滿足汽車電氣系統的國際安全要求。圖2展示了 LV56851UV 關于信息娛樂系統的功率要求的特征，對比于如圖1所示的基于分立元件的設計。

圖2. 集成的多輸出電源 IC 優化以滿足信息娛樂系統的要求。

5個 LDO 設計用于為工作于 3.3-5.5V 和 1.25-5V 的邏輯器件和處理器、以及音頻/調諧器和 CD 電路和電源電壓在 10-12V 的照明供電。集成的高邊開關可用于幫助管理連接設備如智能手機或車內個人媒體播放器的 USB 端口。

該器件的一個重要特性是系統、音頻、CD 和照明輸出的 I2C 可編程性。這不僅使個別軌道根據需要被打開或禁用，還支持輸出電壓的調節。這為設計人員提供靈活性來滿足個別的系統要求，或快速實施任何設計變化，而不需要改變外部元件。高邊開關輸出也可以通過使用 I2C 命令啟用或禁用。

片上提供更多

幫助節省 PCB 空間和降低物料單成本的附加功能，包括內置電池電壓檢測，省去了通常包括三個晶體管、兩個二極管、兩個電容和四個電阻的傳統的齊納檢測電路。圖 3a 和 3b 比較典型的分立電路和板載 LV56851UV 的集成的檢測電路。檢測精度也提高到 ±3%，而傳統電路由于一個齊納二極管的典型容差，其準確度不能優于 ±5%。此外，分立方案的欠壓和過壓檢測閾值通常是高度依賴于溫度的。相比之下，集成的檢測電路具有非常穩定的溫度特性。

圖3a和3b. 集成的電池電壓檢測電路節省元件數和 PCB 面積。

如果需要電池過長時間運行配件，LV56851UV 提供的 ACC 欠壓檢測也保護汽車免受配件上過低電壓的損傷。通過芯片上集成電路，省去了8個分立元件，包括一個齊納二極管、晶體管和電容器，以及五個電阻。內置復位電路也增強了溫度穩定性和檢測精度。I2C 總線連接提供了一個渠道以向主系統控制器報告電池電壓和 ACC 電壓，以及其他診斷信息。

緊湊的 HZIP15 封裝在15引腳的外形內提供強大的功能。調節器輸出的額定輸出電流專為連接的電路供電–如直流輸出的 1500 mA 額定輸出，可通過 I2C 命令設定在 5V 和 8V 之間–該 IC 具有非常低的靜態電流和待機功耗僅為 60μA。

使用一個集成的系統電源 IC，代替一個分立的穩壓器陣列或一個不太適合當今的信息娛樂系統的 “最合適”的芯片，不僅有助于管理板尺寸、減少物料單，最大限度地提高能效和防止熱威脅，還簡化了設計，和有助于減少重量，從而最大限度地減少信息娛樂系統對汽車燃油經濟性的影響。

總結

未來汽車信息娛樂邁向更精密的系統以為駕駛員和乘客提供卓越的體驗。更多的便利和互聯需要額外的功能，但必須使元件數和電路最小化。更好的半導體集成提供了前進的方向，包括電源管理子系統的集成。新一代的多輸出系統電源 IC 實現節省空間和高能效的方案。