专栏名称: NXP客栈
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应对车载功能安全挑战,你需要什么样的电源管理芯片?

NXP客栈  · 公众号  ·  · 2020-02-20 10:08

正文

随着整车系统复杂性以及电气化程度的提高,汽车的安全性能备受瞩目。 功能安全作为近十年在汽车领域新兴的概念,如今已成为普遍的关注话题,无论是整车厂抑或是Tier 1,能够搭载或者开发具有功能安全认证的产品,都会为其在市场竞争中取得绝对领先的位置。 在整车系统中,无论是自动驾驶及ADAS、车载娱乐还是新能源汽车三电系统,都有不同的功能安全等级要求。


▲车载系统中的功能安全要求▲

新能源车和智能驾驶的兴起让整车中电子电气占比日益增高,传统的车载零部件系统硬件不断升级迭代,功能日益强大的处理器以及逐渐增多的系统外设对系统板级的电源管理提出了更高的要求。


与此同时,随着功能安全在汽车领域的兴起,对系统电源芯片的要求早已不是单纯的输出电压,还需要其肩负监控系统随机硬件故障,并承担系统违反安全目标后切换至安全状态的责任,这对传统分立式电源方案提出了巨大的挑战。 适用于功能安全系统的电源管理芯片将会为系统和硬件工程师的开发提供极大的便利,大大节约项目的开发周期成本,终将成为各大主机厂及零部件厂商车载系统电源方案的首选。

功能安全标准ISO26262最初在2011年颁布时,NXP就相应落地了符合功能安全开发的Safe Assure标准流程,其标准流程涉及功能安全芯片开发的整个生命周期。 作为第三代符合功能安全的产品,NXP电源管理芯片按照Safe Assure流程,其生命周期覆盖ISO26262标准的所有章节,具备每个章节需要的输出文档。 其芯片生产和流程经过TÜV-SUD针对ISO26262: 2018标准认证,并颁发了相应的认证证书。


▲恩智浦 功能安全标准流程 及TUV认证证书


除此之外,NXP电源管理芯片采用高可靠性芯片设计架构,按照SEooC进行开发,在相对恶劣的安全假设条件下,按照IEC ER62380标准获得芯片的失效率,并针对其失效模式和失效分布实现硬件安全机制和芯片冗余设计,经过大量的仿真验证以及故障注入测试,通过FTA、FMEDA、DFA等安全分析方式,计算其SPMF、LFM、PMHF指标满足功能安全标准建议要求。 其中符合ASIL-D要求的电源管理芯片,不仅不需要软件来实现其模拟和逻辑自检,还为系统的MCU及外设芯片,甚至外围电路被动器件的失效监测都提供了安全机制。

NXP电源管理芯片家族产品包括一级及二级电源产品,覆盖车载系统的各个领域,对于车载复杂系统,NXP Multi-PMIC方案可为客户提供符合功能安全要求的电源整体解决方案。


下面将主要针对车载的电气化系统,自动驾驶系统及车载网关系统重点介绍其电源方案。


FS65/45系列: 车载电气化电源方案


NXP电源管理芯FS65/45系列(也称PowerSBC)凭借其出色的性能,如今已经被广泛应用于整车的各个系统之中。 尤其在新能源车三电系统,FS65/45凭借其极强的可靠性,出色的一级电源性能,适用于ASIL-D功能安全系统的能力,赢得了各大OEM和零部件商的青睐。


▲FS65/45系列芯片框图▲

FS65/45适用于车载12V系统,电压输入范围宽泛(2.7V-40V),芯片节温最高可满足175℃,满足AEC-Q100 Grade 0标准; 内部集成符合CAN-FD以及LIN标准的物理层,芯片具有出色的EMC和ESD性能; 内部集成Challenge WD和FCCU等MCU监控模块,通过FS0B和FS1B作为安全状态输出实现系统Fail-Safe以及Fail-silent的切换; 内部集成多路高性能SMPS和LDO,为系统MCU及外设提供电源能力,且每路电源存在独立的监控单元。


符合ASIL-D的NXP逆变器系统方案

FS65/45不仅广泛应用在传统车的ECU上,比如底盘控制EPS、悬挂等。 对于新能源车,由于其较高的可靠性以及功能安全等级要求,FS65/45搭配NXP MCU在BMS、OBC、Inverter等系统之中也得到了广泛的应用。 与此同时,凭借其优秀性能,FS65/45搭配竞争对手的处理器,也在各大厂商存在大量量产案例。


FS85与PF82家族: 车载智能化电源方案


FS85家族作为最新一代的一级电源管理芯片系列,其电源输出能力更强,兼容车载12V及24V系统,最高耐压可达60V。 其中FS85系列符合功能安全ASIL-D标准,可为系统提供多路满足功能安全等级要求的电源输出,并且具备很强的电流能力,广泛适用于ADAS及各种域控制的应用系统之中。


▲FS85家族系统框图▲

▲FS85家族产品特性一览▲


根据不同系统的功能安全等级要求,客户可以根据系统的功能安全及电源需求灵活的选择符合自己系统的产品,如FS84系列可以搭配S32R系列雷达处理器,为雷达系统供电,NXP可以为客户提供包括软硬件的完整参考设计方案,并达到ASIL-B的功能安全等级要求。

PF82家族是NXP新一代搭配高性能处理器二级电源产品,其特点在于多路高性能的电源输出,且通过OTP配置,可灵活定制其默认电压及上下电时序。 PF8200满足功能安全ASIL-B的系统要求,可为系统提供多达12路符合ASIL-B的电源输出。 大大减轻了功能安全的硬件设计负担。 广泛应用于智能座舱、虚拟仪表、ADAS及域控制器等系统之中。


▲PF82家族系统框图▲

凭借PF8200出色的电源性能,I.MX8系列、S32V2系列、Layerscape等NXP的高性能处理器应用参考设计中,都应用PF82为其系统供电; 同时,对于FPGA以及众多竞争对手的处理器平台,在自动驾驶、域控制、车载娱乐等领域,PF8200也有很多量产案例。

FS85和PF82系列作为系统的一级电源和二级电源,可共用为车载复杂系统提供板级电源整体解决方案,尤其是ADAS及域控制器系统,NXP可为客户定制相应的符合功能安全的电源方案,并提供系统级的电源功能安全方案设计。 下图为FS85+PF82为自动驾驶域控制器供电的完整电源方案。


基于FS85+PF82的自动驾驶域控制器ASIL-D电源方案


VR5510家族: 车载智能网关电源方案


VR5510家族作为专为S32G系列处理器定制的高性能电源管理芯片,主要应用于车载网关系统,其家族产品最高可符合功能安全ASIL-D要求。






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