電動汽車時(shí)代，國產(chǎn)車規(guī)級ADC的新機(jī)遇

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）在整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)處于低迷期時(shí)，蓬勃發(fā)展的電動汽車產(chǎn)業(yè)給汽車芯片帶來了逆勢暴增的市場需求。汽車市場對于芯片的高要求，以往市場門檻以及芯片規(guī)格要求較高的情況下，國內(nèi)廠商一般少有觸及。

直到2020年后的汽車缺芯大潮，以及國際形勢導(dǎo)致的國產(chǎn)替代需求，令大量國內(nèi)芯片廠商得到了更多汽車市場機(jī)會，原本只做消費(fèi)、工業(yè)應(yīng)用的芯片廠商紛紛投身汽車芯片。在車規(guī)MCU、座艙SoC、自動駕駛芯片、功率器件之外，國產(chǎn)廠商最近也開始瞄準(zhǔn)車規(guī)ADC等細(xì)分產(chǎn)品上。

電動汽車時(shí)代，ADC起到更重要作用

ADC即Analog-to-Digital Converter（模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器），在電子產(chǎn)品中幾乎隨處可見，其主要作用是將現(xiàn)實(shí)世界的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，便于MCU等進(jìn)行處理。在汽車上，ADC可應(yīng)用的場景非常豐富，包括模擬信號傳輸?shù)牡管囉跋?、ESP、ADC、發(fā)動機(jī)ECU、BMS、語音/音響交互系統(tǒng)等，由于用到大量傳感器獲取數(shù)據(jù)，因此也需要ADC對傳感器獲取到的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

在燃油車上，發(fā)動機(jī)中有溫度傳感器、進(jìn)氣流量傳感器、壓力傳感器、加速度傳感器等等。要保證發(fā)動機(jī)的動力、效率、排放、可靠性等，需要ECU結(jié)合這些傳感器的數(shù)據(jù)來對空氣燃料比、點(diǎn)火等方面進(jìn)行控制。

而ADC的精度，決定了轉(zhuǎn)換過程中模擬信號和數(shù)字信號之間的誤差大小，因此燃油車上ADC能夠影響傳感器數(shù)據(jù)的精確性，間接影響發(fā)動機(jī)的運(yùn)行。

在電動汽車上，動力來源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，ADC對電機(jī)控制、電池管理系統(tǒng)等應(yīng)用也十分關(guān)鍵。尤其是在BMS電池管理系統(tǒng)上，BMS的效率和電池包壽命，以及電池包安全，很大程度上以來于BMS的電壓和電流測量精度。

為了精確監(jiān)測每個(gè)電池的電壓，需要使用高分辨率的ADC，能夠區(qū)分更小的模擬信號變化；同時(shí)高精度也很重要，因?yàn)锳DC精度也會影響對電池SOC的估算。

同時(shí)，自動駕駛的應(yīng)用中，由于傳感器數(shù)量、芯片算力的提高，自動駕駛硬件和軟件子系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。在這些系統(tǒng)中，比如自動駕駛域控，需要滿足最高級別，也就是ASIL-D級的汽車功能安全等級。

要滿足ASIL-D級的功能安全，需要通過可靠、精準(zhǔn)的監(jiān)測，以及并行冗余電路來提高系統(tǒng)可靠性，并及時(shí)排查系統(tǒng)故障。在這個(gè)過程中，采用獨(dú)立ADC進(jìn)行診斷監(jiān)控的方式也成為了主流。

從燃油轉(zhuǎn)為電力驅(qū)動，令電動汽車在電流電壓等實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制的需求相比燃油車更加高，因此ADC在電動汽車上起到的作用，毫無疑問是要相比燃油車更大，同時(shí)對ADC的性能要求也更高。

國產(chǎn)廠商入局車規(guī)ADC

在剛剛過去的北京車展上，芯海科技首次展示了其車規(guī)ADC產(chǎn)品系列，包括CS1x1x系列Sigma-Delta ADC，以及汽車級SAR ADC CS1795x系列。

其中CS1x1x系列ADC采用低功耗設(shè)計(jì)，集成可編程增益放大器(PGA)、高精度基準(zhǔn)和溫度傳感器，支持2V到5.5V的寬電壓供電范圍，分辨率最高18位、最大采樣速率7000SPS，可廣泛應(yīng)用于汽車BMS、ADAS、動力系統(tǒng)、OBC等領(lǐng)域。

CS1795x系列ADC支持16/12/8/4通道，分辨率為12位，另外還提供13位的CS1795x P版本。該系列最高采樣速率高達(dá)1MHz，其多通道和高集成特性，可以應(yīng)用于BMS、ADAS域控、電源系統(tǒng)監(jiān)測等場景。

另外，國內(nèi)的模擬芯片大廠也早已在車規(guī)ADC上進(jìn)行布局。比如思瑞浦的車規(guī)級16通道12位SAR ADC TPC5120Q，速率高達(dá)1MHz，支持低功耗模式，休眠功耗低至10uA，主要應(yīng)用于汽車BMS中PACK總電壓、總電流監(jiān)測。

圣邦微在去年推出了一款16位低功耗、高精度Delta-Sigma型車規(guī)ADC SGM58031Q，芯片內(nèi)部包含一個(gè)片上參考和振蕩器，濾波器的數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)960SPS，片上PGA，可提供低至±256mV的輸入電壓范圍。

類比半導(dǎo)體在2022年12月宣布量產(chǎn)車規(guī)級16位-20位Delta-Sigma ADC產(chǎn)品，包括ADX111Q、ADX112Q 以及ADX122Q 等型號，均基于其SemiDig平臺開發(fā)，面向電動汽車BMS系統(tǒng)應(yīng)用。ADX111Q 和ADX112Q 是16位的車規(guī)Delta-Sigma ADC，內(nèi)部集成了低漂移電壓基準(zhǔn)和振蕩器和PGA，均支持2V 到5.5V 的寬電源范圍。

ADX112Q 內(nèi)部還集成了高精度溫度傳感器，可用于系統(tǒng)級溫度監(jiān)測或熱電偶冷端補(bǔ)償。

ADX122Q是20位的低功耗ADC，濾波器數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)3571SPS，PGA提供從±256mV 到±6.144V 的輸入范圍，實(shí)現(xiàn)高分辨率測量大小信號。

另外，上海貝嶺在去年年底也對外表示，公司車規(guī)ADC芯片正在布局、研發(fā)中。

小結(jié)：

電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶動了ADC的需求，同時(shí)也為國內(nèi)廠商帶來了新的市場機(jī)會。隨著市場需求的擴(kuò)張，也將會有更多的國內(nèi)廠商入局到車規(guī)ADC的領(lǐng)域中。