面向汽车苛刻应用的模拟IC介绍

伴随着电子部件的增多，汽车的处理能力也将相应提升，从而催生出对元器件的更大需求。据德州仪器(TI)公司表示，每辆汽车中半导体器件的成本占到约250美元。因此，汽车成为该公司模拟芯片销售策略的重要目标领域。

但是，汽车环境对于电子器件的要求非常严格。凌力尔特(LTC)电源产品部产品营销经理Tony Armstrong指出，对于汽车电子系统而言，较宽的工作电压要求、高瞬态电压和宽温度漂移等是非常苛刻的挑战。

因此，随着汽车中使用的电子元器件数增加，而其空间占用要求在降低。而效率则成为更加关键的因素。其结果是，模拟器件制造商正在定制从LED驱动器到开关稳压器的一系列器件，以满足汽车OEM的要求。这些要求包括宽输入电压工作范围；宽负载范围下的较高能效、正常工作期间的低静态电流、待机和关断；低热阻；最低噪声和EMI辐射；以及宽工作温度范围等。

凌力尔特、TI、美国国家半导体(NSC)和Catalyst Semiconductor等公司正竞相向市场推出满足这些规范要求、同时又能遵从汽车环境对占用空间的限制的模拟芯片。

开关稳压器与线性稳压器对比

LTC的Armstrong认为，在低输出电压和中等电流级别，采用线性稳压器来驱动系统电压不切实际。他表示，在这种应用中，热限制使得需要用开关稳压器替代线性稳压器。

“尽管开关稳压器会比线性稳压器产生更多噪声，但其效率却高得多，”Armstrong解释道，“只要开关按预期运行，许多敏感应用中的噪声和EMI水平还是可以进行控制的。如果开关稳压器在标准模式下以恒定频率开关，并且开关边沿整齐、可预测，且无过冲，频率的分布就会小而紧密，从而最大程度地降低EMI辐射。”

汽车应用的开关稳压器需要能够在3V～60V的宽输入电压范围下工作。Armstrong表示，60V额定电压为通常钳位在36V～40V范围的14V系统提供了很好的裕量。

凌力尔特最近推出了H级型号的LT3437降压开关稳压器。该器件的工作电压范围为3.3V～60V连续输入，能够耐受高达80V的瞬态电压。其500mA的内部开关可在电压低至1.25V的条件下提供高达400mA的连续输出电流。它在突发模式下工作时，可将无负载静态电流降低至100mA以下，从而最大程度地延长了常态开机应用中的电池使用寿命。H级型号的LT3437器件可在140℃的结温下工作，而E级和I级型号则只能在125℃的最高结温下工作。其它特性包括低于1mA的关断电流、200kHz的开关频率、软启动功能以及0.8Ω导通电阻的饱和开关设计。

图：这款200kHz的单片降压开关稳压器的工作电压范围为3.3V～60V连续输入，可忍受高达80V的瞬态电压，从而使其非常适合汽车应用。

在开关稳压器方面，TI也推出了带降压/升压功能的TPIC74100-Q1器件。该器件允许用户扩大输入电压范围，甚至扩大至器件的输出电压以下。这个功能可在汽车低温冷起动工作期间(如起动引擎时)确保完全工作。该器件的其它特性包括低待机电流、高效率和高达45V的输入电压能力。除了开关稳压器，线性稳压器也是TI的汽车器件产品线的一部分，其TLE4275-Q1线性稳压器提供低静态电流，可以帮助客户节省即便汽车未行驶时也需要供电的应用中的电池电量消耗。

而为了驱动降压应用中的高亮度LED，Catalyst Semiconductor公司开发了一款可以取代线性稳压器、且更简单更小巧的降压转换器。CAT4201采用T-SOT-23封装，能以高达94%的效率驱动高亮度的350mA LED。CAT4201采用了Catalyst的开关控制算法，这种算法据称可以降低系统复杂程度并提高效率。它可在高达24V电源电压下，使用RSET控制电阻来将可供调节的LED电流预设为高达350mA，从而提供更好的感应器控制，并且无须使用专用散热器。内置的负荷泵保护功能允许安全地处理40V的瞬态电压，从而优化了CAT4201在汽车指示灯和包括转向信号灯、刹车灯和地图阅读灯在内的照明应用中的性能表现。

LED照明应用中的模拟IC

TI公司混合信号汽车产品部产品营销经理Mark Gary表示，在汽车应用中，凭借在亮度、可靠性和设计灵活性方面的优势，LED正逐步取代白炽灯。目前，在汽车电子方面，TI提供了面向从动力系统到刹车及至信息娱乐系统等一系列具体应用的解决方案。为从电源轨、刹车到音频信息娱乐等应用提供解决方案的，由于亮度、可靠性和设计灵活性，。

Gary表示，“根据采用LED的应用领域的不同，TI的解决方案众多，其中包括提供具有高效率、与电池电压变化无关(如信息娱乐应用中的屏幕背光应用)的恒流方案，也包括分别通过串行接口采用不同颜色控制多个LED(如汽车仪表板或汽车温度控制)的方案。”

总的来说，TI在LED照明方面的主要器件包括TPS61042低功率DC/DC升压转换器和TLC59xx系列8位和16位恒流LED驱动器。

此外，美国国家半导体也提供一系列的高亮度LED驱动器。其LM3402据称可实现95%的效率，能驱动高达525mA的电流。LM3402 LED驱动器存在两个型号，能够提供6V～42V或6V～75V的宽输入电压范围。其带受导通时间、能与外部电阻耦合的磁滞控制功能允许根据需要调整转换器输出电压，从而为不同数量和类型的串行和串/并连接LED阵列提供恒流驱动。

这家模拟芯片制造商还面向汽车市场提供其LM4562/LME49860高保真音频运算放大器，这些器件可充当线路驱动器/接收器、有源滤波器、缓冲器或前置放大器。其中，34V LM4562实际上通过0.00003%的总谐波失真＋噪声(THD+N)消除了失真。34V和44V音频运放可以提供出色音频性能和信号调节所需的关键指标，如2.7 nV/Hz的噪声密度、60Hz的1/f噪声转角以及600Ω的输出驱动。

为了确保能够驱动最具挑战性的负载而不进行性能折衷，国半的运放提供20V/ms的斜率以及55MHz的增益带宽。LME49860在±2.5V～22V的电源电压范围下具备一致的增益稳定性，并且提供26mA的输出电流能力。

在这种电源范围下，该放大器可保持120dB以上的共模抑制比和电源抑制比，以及10nA的典型低输入偏置电流。据国半表示，LME49860可在驱动高达100pF的电容负载的同时保持高性能。

作者：苏美妮