在將來(lái)汽車中，電子產(chǎn)品的應(yīng)用將變得普遍得多。不過(guò)鳞仙，如果不采取不同的方法來(lái)解決與日益增多的電子產(chǎn)品有關(guān)的問題，那么今天看到的可靠性問題注定會(huì)變得更嚴(yán)重笔时。以梅塞德斯奔馳為例展松，在2005年第一季度，由于與其E-Class和S-Class型號(hào)有關(guān)的質(zhì)量問題辨头，他們不得不注銷6億美元收益脂圾。而且問題不僅關(guān)系到客戶滿意度，它也正在變成對(duì)行車安全的擔(dān)憂娱背。收音機(jī)不能正常工作不是什么大事讥燎，但是如果電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失靈，汽車需要駛到路邊以重啟系統(tǒng)烂秘，那問題就大得多了掰魁！

那么可以做些什么來(lái)解決這些令人擔(dān)憂的問題，又不會(huì)倒退回化油器時(shí)代呢裳雕？也許可以從日本廠商那里得到啟示低流。畢竟，雷克薩斯(Lexus)1995年在可靠性上排名第一帜浇，2005年仍然位居第一辨蓄。日本人也成功地實(shí)現(xiàn)了一致的高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不管他們的車是在哪里生產(chǎn)的项茸。在日本名古屋或美國(guó)俄亥俄州生產(chǎn)的汽車質(zhì)量一樣高祠乃。日本人是通過(guò)與供應(yīng)商緊密合作并在設(shè)計(jì)階段關(guān)注每一個(gè)細(xì)節(jié)做到這一點(diǎn)的。

客戶發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)問題都源自設(shè)計(jì)階段而不是生產(chǎn)階段兑燥。缺點(diǎn)一旦設(shè)計(jì)進(jìn)去了亮瓷，任何工人都不可能在生產(chǎn)中將其剔除出去。另外降瞳，沒有可靠的器件嘱支，也不可能造出可靠的汽車。很明顯挣饥，只采用系統(tǒng)級(jí)的方法不能解決所有問題除师，系統(tǒng)級(jí)和器件級(jí)需要齊頭并進(jìn)。

因此我們需要用兩步走的方式完成汽車電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)。要提高未來(lái)汽車的質(zhì)量汛聚，同時(shí)需要卓越的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)和出色的器件級(jí)可靠性锹安。怎樣才能做到這一點(diǎn)？首先贞岭，必須確定所有系統(tǒng)級(jí)問題并仔細(xì)規(guī)劃八毯，因?yàn)橄到y(tǒng)架構(gòu)問題在后來(lái)的設(shè)計(jì)階段是很難解決的。

由于汽車的網(wǎng)絡(luò)化程度越來(lái)越高瑞蓉，因此在開發(fā)初期就確定系統(tǒng)間傳遞信息的類型和系統(tǒng)通信控制方式是至關(guān)重要的予乏。功率、熱量和空間限制也必須在系統(tǒng)級(jí)規(guī)劃階段解決梯撰。盡管單個(gè)子系統(tǒng)在備用狀態(tài)可能只消耗兩三毫瓦功率蟹游，但是在未來(lái)的汽車中，可能有100個(gè)這樣的子系統(tǒng)怎体，這會(huì)迅速耗盡汽車電池的電量蔓捡。諸如此類的限制因素可能對(duì)電源系統(tǒng)類型的選擇產(chǎn)生重大影響。而且愚缔，正如前面提到的那樣擦灸，必須在系統(tǒng)級(jí)規(guī)劃時(shí)考慮防止子系統(tǒng)間可能產(chǎn)生干擾的措施。

經(jīng)過(guò)多年的模擬集成電路開發(fā)垛淮，凌力爾特公司深知最成功的產(chǎn)品一定是與客戶緊密合作的產(chǎn)品剂撑，我們根據(jù)客戶需求，確定最佳集成電路根适。我們并不是一上來(lái)就問客戶需要什么類型的集成電路或希望實(shí)現(xiàn)什么樣的性能規(guī)格苞毡，而是問：“這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是什么？你們?cè)噲D解決什么問題继谚？”集成電路設(shè)計(jì)師與系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的著眼點(diǎn)不同烈菌，常常提出客戶并不知道也無(wú)從要求的創(chuàng)新性解決方案。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師與集成電路設(shè)計(jì)師思路開闊地合作花履，總是會(huì)產(chǎn)生性能最佳芽世、成本最低和最可靠的解決方案。

正如前面已經(jīng)提到的那樣诡壁，只采用系統(tǒng)級(jí)方法明顯是不夠的捂襟。器件級(jí)可靠性也是至關(guān)重要的。從歷史上看欢峰，汽車設(shè)備制造商一直把重點(diǎn)放在單個(gè)器件的質(zhì)量上，以此確保集成電路的質(zhì)量涨共。這個(gè)過(guò)程確實(shí)很重要纽帖，但是只有這種過(guò)程還不能確保系統(tǒng)的可靠性。例如，一個(gè)DC/DC控制器集成電路可能出色地通過(guò)了器件級(jí)合格性測(cè)試懊直，但是如果工作模式?jīng)]有確定好扒吁，同時(shí)接通了頂部和底部的柵極驅(qū)動(dòng)器，那么即使該集成電路本身不會(huì)有任何問題旱醉，也可能損壞外部MOSFET邀耽。而這類問題不容易由器件級(jí)合格性測(cè)試檢測(cè)出來(lái)。

由于器件級(jí)合格性測(cè)試檢測(cè)不到這類問題敬育，因此汽車設(shè)備制造商必須非常仔細(xì)地選擇集成電路供應(yīng)商平葡。汽車制造商應(yīng)該檢查目標(biāo)供應(yīng)商過(guò)往的現(xiàn)場(chǎng)故障率，也應(yīng)該花力氣了解該供應(yīng)商的“質(zhì)量文化”零勃。電路設(shè)計(jì)師宗而、測(cè)試工程師和芯片工廠操作員做了哪些工作來(lái)確保其集成電路具有一致的質(zhì)量和可靠性？

汽車制造商要考慮“總體擁有成本”类菊，而不是在滿足最低要求的情況下簡(jiǎn)單地選擇最便宜的集成電路攻躏，這一點(diǎn)也很重要。在選擇集成電路廠商時(shí)玩捉，不夠充分的應(yīng)用支持跃唧、交貨不夠準(zhǔn)時(shí)以及附加的外部器件所帶來(lái)的成本都要予以考慮。最后词宴，只要有可能令怎，就應(yīng)該選擇專門為苛刻的汽車環(huán)境而設(shè)計(jì)的集成電路。

集成電路應(yīng)該規(guī)定工作在寬溫度范圍世吨，就電源管理集成電路而言澡刹，在有些情況下，要能夠承受高達(dá)150℃的結(jié)溫耘婚。對(duì)于電源器件來(lái)說(shuō)罢浇，僅規(guī)定器件的額定工作溫度為125℃還不夠，因?yàn)榻Y(jié)溫會(huì)高于環(huán)境溫度沐祷。始終保持接通的子系統(tǒng)應(yīng)該采用具有非常低的備用模式電流的集成電路嚷闭，以最大限度地減少電池泄漏。能夠承受冷車發(fā)動(dòng)和負(fù)載突降情況也是至關(guān)重要的赖临。

要提高可靠性胞锰，汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)師與集成電路設(shè)計(jì)師的互動(dòng)必不可少。系統(tǒng)架構(gòu)合理兢榨、仔細(xì)選擇集成電路供應(yīng)商以及專門為汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)的集成電路是未來(lái)保證汽車可靠性的關(guān)鍵因素嗅榕。器件級(jí)可靠性仍然是不可或缺的，但是只有器件級(jí)可靠性是不夠的吵聪。

汽車環(huán)境對(duì)任何類型的電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)都是非常嚴(yán)酷的凌那。寬工作電壓要求加上高瞬態(tài)電壓和寬溫度偏移沿阁，使電子系統(tǒng)工作異常艱難。同時(shí)董记，隨著器件數(shù)量增加铆贞，可用空間越來(lái)越小。因此由于空間限制和溫度要求檀塌，效率變得更加關(guān)鍵了伶摩。在低輸出電壓和甚至中等電流水平以及功率高于幾百毫瓦時(shí)，簡(jiǎn)單使用線性穩(wěn)壓器來(lái)產(chǎn)生這些系統(tǒng)電壓都不再實(shí)際了前河。因此昂幕，在過(guò)去幾年中，主要因?yàn)闊嵯拗频脑蚰纾_關(guān)穩(wěn)壓器正在取代線性穩(wěn)壓器幅挂。開關(guān)穩(wěn)壓器效率的提高和占板面積的減小的好處超過(guò)了附帶產(chǎn)生的復(fù)雜性和EMI問題。

考慮到這些限制因素参攻，開關(guān)穩(wěn)壓器需要具有以下特點(diǎn)和特性：寬輸入電壓工作范圍腺帽；在寬負(fù)載范圍內(nèi)具有高效率；在正常工作髓绽、備用和停機(jī)模式時(shí)具有低靜態(tài)電流敛苇；低熱阻；最低的噪聲和EMI輻射顺呕。

因此枫攀，一個(gè)好的汽車開關(guān)穩(wěn)壓器需要規(guī)定在3V至60V的寬輸入電壓范圍內(nèi)工作。60V額定值為14V系統(tǒng)提供了良好的裕度株茶，14V系統(tǒng)通常箝位在36V至40V范圍內(nèi)来涨。另外，寬負(fù)載范圍的高效率電源轉(zhuǎn)換在大多數(shù)汽車系統(tǒng)中也是必不可少的启盛。例如蹦掐，在負(fù)載范圍為10mA至1.2A時(shí)，就一個(gè)5V輸出而言僵闯，預(yù)計(jì)需要約85%的電源轉(zhuǎn)換效率卧抗。在大電流時(shí)，內(nèi)部開關(guān)需要有良好的飽和度鳖粟，一般在1A時(shí)為0.2Ω社裆。為了提高輕負(fù)載時(shí)的效率，需降低驅(qū)動(dòng)電流或讓驅(qū)動(dòng)電流與負(fù)載電流成正比向图。另外谈毫，內(nèi)部控制電路的電源必須通過(guò)“BIAS”引腳提供，而“BIAS”引腳可以由輸出提供供電碉讯，這利用了降壓型轉(zhuǎn)換器的電源轉(zhuǎn)換效率侦萍。由于偏置電流是從輸出而不是輸入獲得的咸壮，因此按照輸出與輸入電壓比降低了控制電路所需的輸入電源電流。

汽車系統(tǒng)中的很多應(yīng)用需要連續(xù)供電均壳，甚至在汽車停放后也是這樣，例如遙控車門開啟系統(tǒng)母滤、安全與GPS系統(tǒng)拔翠。這些應(yīng)用的關(guān)鍵要求是低靜態(tài)電流，以延長(zhǎng)電池壽命城砖。在這類情況下翅窥，穩(wěn)壓器會(huì)以正常的連續(xù)開關(guān)模式運(yùn)行，直到輸出電流降至低于約100mA為止廷诺。低于這個(gè)電流值以后没惶，開關(guān)穩(wěn)壓器必須脈沖跳躍以保持穩(wěn)壓。在脈沖之間穩(wěn)壓器可以進(jìn)入休眠模式簇抵，這時(shí)只給部分內(nèi)部電路供電庆杜。不過(guò)，在輕負(fù)載電流時(shí)碟摆，開關(guān)穩(wěn)壓器需要自動(dòng)切換至突發(fā)模式工作晃财。

盡管開關(guān)穩(wěn)壓器比線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生更多噪聲，但是開關(guān)穩(wěn)壓器的效率高得多典蜕。在很多敏感應(yīng)用中已經(jīng)證明断盛，只要開關(guān)穩(wěn)壓器的工作是可預(yù)測(cè)的，那么噪聲和EMI值就可以控制愉舔。如果開關(guān)穩(wěn)壓器在通常工作模式時(shí)以恒定頻率切換钢猛，那么切換邊緣是干凈和可預(yù)測(cè)的，沒有過(guò)沖或高頻振鈴轩缤，這時(shí)EMI最低命迈。小的封裝尺寸和高工作頻率有助于形成緊湊的小型布局，這最大限度地降低了EMI輻射典奉。另外躺翻，如果穩(wěn)壓器可以與低ESR陶瓷電容器一起使用，那么輸入和輸出電壓紋波都可以最大限度地減小卫玖，這些紋波是系統(tǒng)附帶的噪聲源真葱。

汽車電子產(chǎn)品必須能夠承受極寬的溫度范圍。在北方辐胆，溫度可能降至-40℃讨砍，而在引擎?zhèn)}內(nèi)溫度可能高達(dá)+125℃。這樣的要求與對(duì)軍用級(jí)器件的要求相同卸研，但是汽車電子產(chǎn)品市場(chǎng)對(duì)成本是非常敏感的佩讨。

汽車中的12V電池電源一直被稱為“來(lái)自地獄的電源”哥甲，這么說(shuō)是有充分理由的。在非常寒冷的天氣中發(fā)動(dòng)引擎把毒，常常稱為“冷車發(fā)動(dòng)”裹耗，可能導(dǎo)致電池電壓降至4V。在某些汽車公司徽捶，這種電壓要求甚至更低痘宋。電池連接不牢固或重負(fù)載斷開常常能導(dǎo)致“負(fù)載突降”情況。在這種情況下淡箱，12V電池電壓也許瞬間超過(guò)100V塌瑞，對(duì)于一個(gè)所謂的12V系統(tǒng)，這也許出乎意料蛔六。而且讓難度更加增大的是荆永，即使電池安反了，電子產(chǎn)品也絕對(duì)不能有任何損壞国章。

因此很明顯具钥，從環(huán)境溫度和工作電壓角度來(lái)看，汽車電子產(chǎn)品所處環(huán)境非常嚴(yán)酷捉腥。不僅如此氓拼，在其他幾方面，這種環(huán)境也具有同樣的挑戰(zhàn)性抵碟。隨著越來(lái)越多的電子產(chǎn)品進(jìn)入汽車桃漾，汽車系統(tǒng)空間正在變得非常受限。例如拟逮，復(fù)雜的電子系統(tǒng)現(xiàn)在必須塞進(jìn)引擎?zhèn)}撬统、儀表板、座椅頭靠等狹小空間中敦迄，

總之恋追，嚴(yán)酷的環(huán)境加上汽車電子系統(tǒng)中存在的各種瞬態(tài)情況仍然是沒有豎立牢固市場(chǎng)地位的集成電路供應(yīng)商進(jìn)入這一市場(chǎng)的重大障礙，不管這些系統(tǒng)是在引擎罩內(nèi)還是儀表板下奖岛。

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