汽車智能化趨勢下功能安全成為行業(yè)關注焦點

全球新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命正悄悄來臨，電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化成為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潮流和趨勢。在汽車新四化的推動之下，汽車電子電氣架構(gòu)從原來的分布式逐漸向跨域集中式和車輛集中式不斷演進，汽車電子軟件架構(gòu)不斷升級，軟件與硬件分層解耦，軟件定義汽車的時代即將到來。汽車智能化跑出加速度，中國的新能源車市場向好，ADAS功能搭載率不斷攀升，L2正在成為標配，L3開始量產(chǎn)上車。

汽車智能化趨勢下功能安全成為行業(yè)關注焦點

隨著汽車智能化的推進以及自動駕駛技術創(chuàng)新的日新月異，安全成為行業(yè)不約而同的關注焦點。安全分為兩種，一種是本質(zhì)安全，另一種是功能安全。本質(zhì)安全是通過消除危險原因來確保安全的方法；而功能安全是通過功能方面的努力將風險降低到可接受水平來確保安全的方法。本質(zhì)安全可以確保絕對的安全性，但是成本往往很高；相比之下，找元器件現(xiàn)貨上唯樣商城功能安全的成本較低，但在設計時必須考慮到當附加的功能發(fā)生故障時應如何確保安全。

圖 | 本質(zhì)安全與功能安全的思路

舉個例子，在鐵路和道路交叉口，如果采用建立交橋的方法將鐵路和道路分開，從物理上避免火車和汽車碰撞的方法，這是一種本質(zhì)安全的思路。而如果通過在道路與鐵路的交叉處設置警報器和欄桿，在鐵路上安裝傳感器，當傳感器檢測到火車接近時，警報器響起，并降下欄桿，當另外的傳感器檢測到火車已經(jīng)通過時，警報器停止，并升起欄桿，雖然道路與鐵路在物理上仍然交叉，但可通過設置鐵路道口的方法將汽車和火車相撞的風險降低到可接受的水平，這就是功能安全的思路。當然，在這個案例中，如果傳感器損壞，那么在火車接近時，警報器和欄桿就不會工作，這是一種“危險”狀態(tài)，因此就需要加入傳感器的自我診斷或者雙傳感器的冗余設計，來確保即使傳感器損壞也不會引發(fā)危險狀態(tài)的設計，這就是故障安全（Fail Safe）的思路。

由此可知，功能安全其實就是基于“人會犯錯”、“東西會損壞”思路之下的一種設計，而功能安全通常要同時考慮到“系統(tǒng)性故障”和“隨機性故障”這兩方面，來確保沒有系統(tǒng)性的Bug，以及當隨機性故障發(fā)生時不會對人造成傷害。在中國，ISO 26262（功能安全）已納入推薦性國家標準，ISO 26262的第一版中文譯本GB/T 34590已于2018年5月起開始施行。

當然，不止汽車領域有這個要求，很多工業(yè)場景同樣對安全性要求非常高。為了構(gòu)建更安全的系統(tǒng)，必須在設備開發(fā)過程中就要考慮到在發(fā)生問題時如何確保安全，這意味著故障安全和功能安全是貫穿設備開發(fā)全流程的。

復位IC為汽車和工業(yè)用設備安全保駕護航

講到汽車和工業(yè)應用場景對設備安全性的需求，就不得不提到對系統(tǒng)電源電壓進行監(jiān)控的重要性，而復位IC是電壓監(jiān)控電路中不可或缺的產(chǎn)品之一，目前已經(jīng)廣泛應用于EV/HEV逆變器、引擎控制單元、ADAS、汽車導航系統(tǒng)、汽車空調(diào)、FA設備、計量儀器、伺服系統(tǒng)、各種傳感器系統(tǒng)等需要對電子電路進行電壓監(jiān)控的各種車載和工業(yè)設備應用中。

面向該市場需求，羅姆推出了1000多種復位IC，2021年度，在低電壓范圍的廣泛應用領域，創(chuàng)造了2.5億枚的年出貨量記錄。就在近期，羅姆還開發(fā)出了一款高精度、超低功耗且支持40V電壓的窗口型復位IC “BD48HW0G-C”。

圖 | 復位IC工作示例

那么什么是復位IC呢？復位IC是一種開關IC，可用于電子電路的電壓監(jiān)控，當檢測到被監(jiān)控的電壓超過閾值時就會通過改變輸出而達到復位操作的效果，因此具有通過與微控制器合作來確保系統(tǒng)安全的作用。就好比河里的水位報警器，當河水漫過最高警戒線或低于最低警戒線時都要拉響警報，并觸發(fā)放水或蓄水動作，而這里的水位傳感器就好比電路中的復位IC，起到的效果是一樣的。

羅姆新推的復位IC “BD48HW0G-C”有何特別之處？

同樣是復位IC，為什么要有這么多類型？羅姆最新推出的復位IC “BD48HW0G-C”又有什么特色或優(yōu)勢呢？由于應用場景的不同，系統(tǒng)電路對復位IC精度、功耗、工作電壓、功能安全、監(jiān)控電壓范圍、欠壓/過壓檢測等需求都不一樣，因此需要開發(fā)出不同的復位IC來匹配相應的市場需求。

羅姆窗口型復位IC產(chǎn)品陣容：

Nano標記產(chǎn)品為搭載Nano Energy?超低靜態(tài)電流技術的產(chǎn)品。

* FS supportive: 表示這是面向車載領域開發(fā)的IC，支持與功能安全相關的安全性分析。

羅姆最新推出的復位IC “BD48HW0G-C”是一款支持40V電壓的窗口型復位IC，由于采用了高耐壓的BiCDMOS工藝，并融合了羅姆所擅長的模擬設計技術，BD48HW0G-C工作電壓范圍寬至1.8V～40V可調(diào)。關于窗口型的設計，由于BD48HW0G-C配有2個獨立的基準電壓電路，因此可以靈活地設置High側(cè)和Low側(cè)的檢測電壓，并獨立復位檢測輸出。在檢測精度方面，BD48HW0G-C在-40℃-+125℃溫度范圍內(nèi)可實現(xiàn)業(yè)界先進的±0.75%電壓檢測精度，高于業(yè)界標準產(chǎn)品的精度±2.2%。在功耗方面，BD48HW0G-C的靜態(tài)電流只有500nA，僅為普通的工作電壓24V以上的窗口型復位IC的1/16，這使得工程師在設計電路時無需擔心因復位電路而產(chǎn)生的功耗增加。

圖 | 在全動作溫度范圍內(nèi)的高精度復位IC更易于系統(tǒng)設計

為何在車載和工業(yè)領域需要強調(diào)在全動作溫度范圍內(nèi)的、穩(wěn)定的高精度特性呢？我們知道，如果只是在25℃下有值偏離的問題，那么可以通過固定補償進行調(diào)整，比較容易實現(xiàn)。但是在汽車和工業(yè)應用中，環(huán)境溫度以及機身自身發(fā)熱和散熱的情況差別較大，電源電壓和復位檢出電壓受溫度的影響會產(chǎn)生波動，這種受溫度影響下的偏離是非常難修正的，因此對于車載和工業(yè)環(huán)境，選擇全動作溫度范圍內(nèi)的、穩(wěn)定的高精度復位IC更易于系統(tǒng)設計，從而減輕客戶的設計負擔。此外，在車載和工業(yè)環(huán)境下，通常環(huán)境噪聲較大，當外部噪聲侵入時，如果檢測出電壓的精度差，那么容易發(fā)生誤動作，因此為了避免或減少外部噪聲的影響，提高系統(tǒng)運行的可靠性，高精度復位IC是更好的選擇。

值得一提的是，羅姆從2015年就已經(jīng)開始構(gòu)建ISO 26262的流程，并在約2年半后的2018年3月，通過德國第三方認證機構(gòu)T?V Rheinland獲得了ISO 26262的流程認證。正因為對ISO 26262規(guī)格以及應用電路有著高度理解，羅姆針對需要功能性安全的車載和工控電源，開發(fā)了支持從低到高的廣泛電壓范圍的、高精度地檢測電壓異常的復位IC。

實現(xiàn)模擬電源器件超低功耗的秘密Nano Energy?

前面提到，BD48HW0G-C的靜態(tài)電流只有500nA，僅為普通的工作電壓24V以上的窗口型復位IC的1/16，如此超低功耗是如何實現(xiàn)的呢？

事實上，羅姆采用的是IDM的模式，在這種垂直統(tǒng)合型生產(chǎn)體制下，羅姆在“電路設計”、“布局”和“工藝”這三方面都具有更深的經(jīng)驗累積和更強的模擬技術優(yōu)勢?；诖?，羅姆研發(fā)出了超輕負載狀態(tài)下徹底削減消耗電流的劃時代技術“Nano Energy?”。使用該技術，無負載時的靜態(tài)電流可低至納安（nA）量級，不僅可以延長電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設備和移動設備的驅(qū)動時間，還有助于不希望增加功耗的車載和工業(yè)設備的高效率工作。

舉個例子，我們知道，新能源汽車是實現(xiàn)全球“雙碳計劃”的重要組成部分，對于EV/HEV來講，提高燃油經(jīng)濟性，增加行駛里程勢在必行，于是低功耗化就會變得尤為重要。其次，當汽車怠速熄火時，發(fā)動機會停止運轉(zhuǎn)，電池將提供功能所需的電力。再者，當在停車時，時鐘在后臺運轉(zhuǎn)、報警系統(tǒng)開啟、無鑰匙系統(tǒng)開啟等都將直接由電池供電，存在電池耗盡的風險。因此，進一步降低電源IC的電流消耗是剛需，而通過搭載Nano Energy?技術，可以為整個汽車系統(tǒng)的低功耗做貢獻。此外，低靜態(tài)電流帶來的不只有延長電池供電設備壽命一個好處，同時對于汽車和工業(yè)應用來說，還能減少電路中的暗電流，有助于EMC的改善。

寫在最后

沿著自動駕駛產(chǎn)業(yè)鏈，L2級別的自動駕駛滲透率不斷提升，L3級別的自動駕駛開始落地，新能源汽車市場已經(jīng)從政策驅(qū)動轉(zhuǎn)向市場拉動。這意味著汽車電子系統(tǒng)越來越復雜，對汽車功能安全的需求度也越來越高。羅姆作為汽車電子領域的深耕者，將通過符合功能安全的理念、技術、產(chǎn)品、方案和客戶服務，為提升全球汽車安全性做出貢獻。