背景信息

ADAS 是“高级驾驶员辅助系统 (Advanced Driver Assistance Systems)”英文的首字母缩写词，在如今很多新型轿车和卡车中比较常见。这类系统通常更容易实现安全驾驶，而且如果系统检测到来自周围物体的风险，例如行为不当的行人、骑行者甚至其他行驶方向不安全的车辆等，还能够提醒驾驶员。此外，这类系统一般提供动态功能，例如自适应巡航控制、盲点检测、车道偏离警告、驾驶员犯困监视、自动刹车、牵引力控制和夜视。因此，对当前这个 10 年的后半段而言，消费者越来越关注安全问题、提高驾驶舒适度的需求以及政府安全监管的日益加强，是汽车中 ADAS 增长的主要驱动因素。

这种增长伴随着对业界的挑战而来，包括价格压力、通货膨胀以及这类系统的测试复杂性和难以测试。此外，欧洲汽车行业是最具创新性的汽车行业之一，因此，ADAS 大举进入欧洲市场、欧洲客户大量采用这类系统就不足为奇了。不过，美国和日本的汽车制造商也并未落后很多。汽车行业的终极目标是，提供无需人坐在方向盘后面的自主驾驶汽车!

系统挑战

一般而言，ADAS 系统采用某种处理器来收集汽车中无数传感器提供的所有输入信息，然后处理这些信息，以便能够方便地、以驾驶员非常容易理解的方式将信息呈现给驾驶员。此外，这类系统通常直接由汽车的主电池供电，汽车中主电池的标称电压为 9V 至 18V，但是由于系统内的电压瞬态，这一电压可能高达 42V，而在冷车发动情况下可能低至 3.4V。因此，这类系统中的任何 DC/DC 转换器都必须至少能够应对 3.4V 至 42V 的宽输入电压范围。此外，很多双电池系统，例如卡车中常见的那类双电池系统，甚至需要更宽的输入范围，因此将电压范围的上限推高至 65V。结果，有些 ADAS 制造商将其系统设计为可涵盖 3.4V 至 65V 输入电压范围，以便其系统既能够用在轿车中，也能够用在卡车中，同时在制造过程中获得规模经济性。

很多 ADAS 系统用 5V 和 3.3V 轨为各种模拟和数字 IC 组件供电，相应地，这类系统的制造商喜欢使用单个转换器同时应对单电池和双电池配置。此外，这类系统通常安装在车辆的某一部分上，而汽车在空间和热量方面都受到限制，因此限制了实现冷却的散热能力。尽管用高压 DC/DC 转换器直接从电池产生 5V 和 3.3V 轨较常见，但是在如今的 ADAS 系统中，开关稳压器还必须以 2MHz 或更高的频率切换，而不是过去低于 500kHz 的开关频率。这种变化背后的关键驱动力是，需要占板面积更小的解决方案，同时频率保持高于 AM 频段以避免潜在的干扰。

此外，就像设计师的任务还不够复杂似的，他们还必须确保，ADAS 系统符合汽车中各种抗噪声标准的要求。在汽车环境中，低热量和高效率对有些区域很重要，在这些区域，开关稳压器正在取代线性稳压器。另外，开关稳压器一般是输入电源总线上的第一个有源组件，因此对整个转换器电路的 EMI 性能有重大影响。

EMI 辐射有两种类型：传导型和辐射型。传导型辐射依靠连接产品的导线和走线传播。既然噪声位于设计中特定的端子或连接器处，那么正如已经提到的那样，采用良好的布局或滤波器设计，常常可以在开发过程中，相对较早地确保满足传导型辐射要求。

然而，辐射型 EMI 则完全另当别论了。电路板上携带电流的所有东西都辐射电磁场。电路板上的每一条走线都是一个天线，每一个铜平面都是一个谐振器。除了纯正弦波或 DC 电压，任何信号都产生遍布信号频谱的噪声。甚至经过仔细设计，电源设计师仍然无法确知，辐射型 EMI 会有多严重，直到系统经过测试才知道。而且，在设计从根本上完成之前，不能正式进行辐射型 EMI 测试。

滤波器可以衰减某一频率或一系列频率上的 EMI 强度，因此常常用来降低 EMI。增加金属和磁屏蔽，可以衰减一部分通过空间传播的 (辐射型) EMI 能量。依靠 PCB 走线传播的部分 (传导型) 可以通过增加铁氧体珠和其他滤波器来控制。EMI 不可能消除，但是可以衰减至其他通信和数字组件可接受的水平。另外，几家监管机构要求执行一些标准以确保符合 EMI 要求。

采用表面贴装技术的新式输入滤波器组件之性能比通孔式组件高。不过，这种改进被开关稳压器日益提高的开关工作频率抵消了。更高的效率、较短的最短接通和断开时间实现了更快速的开关转换，因此导致更高的谐波分量。开关容量、转换时间等其他所有参数保持不变时，开关频率每增加一倍，EMI 就恶化 6dB。宽带 EMI 的表现就像一个一阶高通滤波器，如果开关频率增大 10 倍，辐射就增加 20dB。

精明的 PCB 设计师会使热环路很小，并使屏蔽接地层尽可能靠近有源层。然而，去耦组件存储充足的能量所需的器件引脚布局、封装结构、热设计要求和封装尺寸决定了最小热环路尺寸。使问题进一步复杂化的是，在典型的平面印刷电路板中，走线之间高于 30MHz 的磁性或变压器型耦合将减少所有滤波器的作用，因为谐波频率越高，不想要的磁耦合就越有影响力。

具低 EMI 辐射的高压 DC/DC 转换器

由于上述应用限制，ADI 公司开发了 Power by Linear™ LT8645S，这是一款高输入电压单片同步降压型转换器，而且其具有低 EMI 辐射。3.4V 至 65V 输入电压范围使该器件非常适合包括 ADAS 在内的轿车和卡车应用，因为这类应用必须稳定应对最低输入电压低至 3.4V 的冷车发动和停-启情况，以及超过 60V 的抛载瞬变情况。图 1 所示是一个单通道设计，在 5V 时提供 8A 输出。其同步整流拓扑在 2MHz 开关频率时提供高达 94% 的效率，而突发模式 (Burst Mode®) 运行在无负载备用情况下保持静态电流低于 2.5µA，因此该器件非常适合始终保持接通系统。

图 1：在 2MHz 时提供 5V/8A 输出的 LT8645S 原理图

LT8645S 的开关频率可在 200kHz 至 2.2MHz 范围内设定，并在整个范围内可同步。其独特的 Silent Switcher® 2 架构集成了内部输入电容器以及内部 BST 和 INTVCC 电容器，以减小解决方案占板面积。再加上得到良好控制的开关边沿以及具整体接地平面并用铜柱取代接合线的内部结构，LT8645S 的设计显著降低了 EMI 辐射。此外，其 Silent Switcher 2 设计在任何印刷电路板 (PCB) 上都能够提供可靠的 EMI 性能，包括在双层 PCB。而且与其他可比较转换器相比，该器件对 PCB 布局的敏感性低得多。之所以能够达到这种全新的性能水平，是因为 LT8645S 的内部有双输入、BST 和 INTVCC 电容器，这些电容器最大限度减小了热环路面积。该器件仍然需要两个外部输入电容器，但是尽可能靠近输入引脚放置这一要求却极大地放宽了。与最大限度减小热环路面积的内部电容器相结合，BT 衬底集成的接地平面显著改善了 EMI 性能。多层 BT 衬底还使 I/O 引脚能够使用与 QFN 封装完全相同的布局，同时支持较大的接地散热焊盘。

LT8645S 可在整个负载范围内非常容易地满足汽车 CISPR25、Class 5 EMI 限制 (参见图 2)。该器件还提供扩展频谱频率调制，以进一步降低 EMI 水平。LT8645S 采用内部顶端和底端高效率电源开关，单个芯片内集成了必要的升压二极管、振荡器、控制和逻辑电路。低纹波突发模式 (Burst Mode) 运行在低输出电流时保持高效率，同时保持输出纹波低于10mVp-p。最后，LT8645S 采用小型耐热增强型 4mm x 6mm 32 引脚 LQFN 封装。

图 2：LT8640S 的辐射型 EMI 性能图

结论

ADAS 系统在轿车和卡车中的激增不会很快结束。另外，也很显然的是，要找到合适的、满足所有必要性能要求的电源转换器件以避免对 ADAS 系统造成干扰并不是个简单的任务。幸运的是，这类汽车系统的设计师现在可以使用 ADI 公司 Silent Switcher 2 DC/DC 转换器提供的高性能功能。这些转换器不仅极大地简化了电源设计师的任务，同时无需复杂的布局或设计方法，就能够提供全部所需性能。