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作者：九林
汽車PMIC芯片市場(chǎng)規(guī)模正在進(jìn)入快速增長(zhǎng)。
PMIC是Power management IC的縮寫，即電源管理集成電路，其主要作用是為電子設(shè)備提供穩(wěn)定、高效的電源管理功能。在電子設(shè)備系統(tǒng)中，PMIC芯片擔(dān)負(fù)起電能的變換、分配、檢測(cè)及其他電能管理的職責(zé)，是所有電子設(shè)備的電能供應(yīng)心臟。其性能優(yōu)劣對(duì)于整機(jī)的能耗、性能和可靠性有著直接影響，如果PMIC一旦失效將直接影響電子設(shè)備的工作，甚至?xí)?duì)設(shè)備本身造成破壞。因此，PMIC的作用絲毫不亞于MCU，它是應(yīng)用最為廣泛的芯片，幾乎所有電子設(shè)備中，都會(huì)有PMIC的存在。
?01、PMIC的汽車應(yīng)用場(chǎng)景
從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，在電動(dòng)化和自動(dòng)化的驅(qū)動(dòng)下，車載領(lǐng)域已成為整個(gè)PMIC增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到9%。Yole預(yù)計(jì)電動(dòng)汽車到2026年將占汽車市場(chǎng)的30%，電源管理芯片受電動(dòng)汽車的推動(dòng)進(jìn)一步提速增長(zhǎng)。此外Yole還預(yù)計(jì)，到2026年，所有乘用車和80%的小型商用車至少配備Level1 ADAS，這也大大增加了對(duì)多通道電源管理芯片的需求。
車規(guī)級(jí)PMIC正是國(guó)內(nèi)PMIC廠商的機(jī)會(huì)。創(chuàng)新型新電子設(shè)備正從根本上改變汽車和其他車輛的方方面面，包括駕駛體驗(yàn)。無(wú)線暢聯(lián)、遠(yuǎn)程信息處理、電機(jī)控制以及安全功能等應(yīng)用正在不斷增長(zhǎng)，它們都需要利用電源管理來(lái)實(shí)現(xiàn)高效可靠地運(yùn)行。混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車的日益普及進(jìn)一步推動(dòng)了功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的發(fā)展。在混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車中，有許多不同的電源電壓，它們的輸出電壓、輸出電流、效率水平和熱額定值各不相同。
電源管理集成電路（PMIC）的汽車電源管理應(yīng)用圖中顯示的用于電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車的許多應(yīng)用需要不同程度的電壓調(diào)節(jié)。這些應(yīng)用中的大多數(shù)負(fù)載都利用 12 伏或 24 伏電源電壓，但有些牽引電機(jī)應(yīng)用需要更高的電壓。所有這些應(yīng)用都需要有效地降壓、升壓或降壓，以便在整個(gè)車輛中都能獲得很多不同的穩(wěn)定電壓。因此，汽車電源管理芯片（PMIC）廣泛應(yīng)用于汽車智能座艙、自動(dòng)駕駛、車身電子、儀表及娛樂系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及BMS等場(chǎng)景。
?02、車載PMIC應(yīng)用要求
以前置攝像頭中的PMIC為例，前置攝像頭是高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 的重要組件，尤其是鑒于現(xiàn)在的新車碰撞測(cè)試要求將自動(dòng)緊急制動(dòng)和正面防撞作為汽車的標(biāo)準(zhǔn)功能。車載PMIC需要滿足四大要求，才能夠順利應(yīng)用。
第一，小尺寸解決方案。高分辨率和更高幀速率的攝像頭模塊也是發(fā)展趨勢(shì)。在攝像頭性能提高的同時(shí)，攝像頭模塊本身的尺寸也在不斷縮小，典型尺寸為 18mm x 18mm。此外，在攝像頭中視覺處理器具有被稱為視覺處理加速器的專用硬件加速器，這些處理器可能具有人工智能 (AI) 功能，并配有專用的矩陣乘法加速器來(lái)幫助進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。考慮到如此大的處理量，PMIC 必須能夠在不增加解決方案尺寸的情況下滿足處理器的當(dāng)前要求。
第二，功能安全。由于自動(dòng)緊急制動(dòng)和自適應(yīng)巡航控制涉及前置攝像頭，因此功能安全尤為重要。前置攝像頭系統(tǒng)通常具有汽車安全完整性等級(jí) (ASIL) B 要求。這意味著處理器的 PMIC 電源必須能夠滿足 ASIL B 要求，從而幫助實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)級(jí)功能安全要求。
第三，低成本。預(yù)計(jì)到 2028 年，前置攝像頭系統(tǒng)的銷量將超過(guò) 7000 萬(wàn)臺(tái)，是車輛中常見的 ADAS 應(yīng)用。由于乘用車和輕型商用車中大量采用前置攝像頭，因此降低攝像頭系統(tǒng)的成本至關(guān)重要。
第四，熱性能。由于前置攝像頭位于車輛擋風(fēng)玻璃上，因此在正常工作條件時(shí)前置攝像頭會(huì)暴露在高溫下。熱量會(huì)造成熱噪聲并導(dǎo)致圖像質(zhì)量不佳。為了適應(yīng)各種工作條件，系統(tǒng)的熱性能優(yōu)化至關(guān)重要。PMIC 良好的熱性能有助于使電路板保持在低溫狀態(tài)。
?03、汽車PMIC的解決方案
思瑞浦——高集成度汽車級(jí)PMIC芯片TPU25401
TPU25401典型應(yīng)用圖思瑞浦發(fā)布TPU25401，專為汽車智能座艙、ADAS等系統(tǒng)中的主控SoC（片上系統(tǒng)芯片）供電。包含5路降壓式變換器（BUCK），5路線性穩(wěn)壓器（LDO），總共電流輸出能力超過(guò)22A。輸出電壓可以從0.6V到3.7V動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)步長(zhǎng)10mV。
內(nèi)部采用非線性控制，具有非?？焖俚膭?dòng)態(tài)負(fù)載響應(yīng)速度，特別適合SoC等核心數(shù)字主芯片。思瑞浦TPU25401的靈活配置特性，解決了傳統(tǒng)PMIC只能適配單一平臺(tái)SoC的弊端。根據(jù)SoC合作伙伴以及相關(guān)Tier1反饋，面對(duì)汽車市場(chǎng)上不同平臺(tái)SoC，TPU25401都能輕松適配。
以芯馳的智能座艙SoC X9M平臺(tái)為例，只需要一顆TPU25401即可滿足系統(tǒng)的全部電源需求。
矽力杰——超小PMIC汽車攝像頭解決方案SA47302
矽力杰SA47302是一款基于汽車攝像頭開發(fā)的電源管理解決方案，擁有4.0V到16V（ABS 18V）寬輸入電壓，由一個(gè)主DCDC Buck穩(wěn)壓器、兩個(gè)次級(jí)DCDC Buck穩(wěn)壓器和一個(gè)為傳感器供電的高PSRR低噪聲次級(jí)LDO組成，保證電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
SA47302的上電時(shí)序由SEQ引腳高/低電壓水平控制，支持2個(gè)電源序列的降壓轉(zhuǎn)換器和LDO的上電時(shí)序。當(dāng)VIN（PVIN1）上電且VIN高于VIN UVLO_H閾值時(shí)，主Buck變換器的Gate Drive LDO（VCC）開啟，然后SEQ電壓電平檢測(cè)開始。當(dāng)所有通道完成軟啟動(dòng)并且所有通道輸出穩(wěn)定時(shí)，nReset被拉到高。當(dāng)VIN小于VIN UVLO_F閾值時(shí)，除VCC外，所有輸出同時(shí)掉電。VCC持續(xù)開啟以正常維護(hù)所有門驅(qū)動(dòng)器和內(nèi)部邏輯，直到VIN降至3.6V以下，從而保護(hù)電路安全和穩(wěn)定。
豪威——車載攝像頭PMICORX1210
ORX1210采用QFN4x4mm2封裝，擁有4.0V到18V寬輸入電壓范圍，由一個(gè)中壓DCDC Buck穩(wěn)壓器、兩個(gè)低壓DCDC Buck穩(wěn)壓器和一個(gè)高PSRR低噪聲LDO組成。其中，LDO專為攝像頭敏感的頻率范圍（100K~1MHz）進(jìn)行了優(yōu)化，能更好地抑制電源噪聲對(duì)圖像畫質(zhì)的影響。靈活的上電時(shí)序控制，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。支持展頻功能，提升了系統(tǒng)的EMI性能。高電源效率和良好的散熱性能，支持系統(tǒng)在更高的環(huán)境溫度下正常工作。作為國(guó)內(nèi)首款支持功能安全ASIL B的攝像頭電源管理芯片，集成了更豐富的功能安全機(jī)制，?功能安全滿足ASIL B等級(jí)要求。目前，這款PMIC已接受送樣，于2023年Q4實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
芯洲科技——車載攝像頭PMIC SCT61240Q
芯洲科技目前上線10多款車規(guī)電源芯片產(chǎn)品：LDO、降壓變換器、升壓/升降壓/反激控制器、MOS管驅(qū)動(dòng)、功率保護(hù)器件、集成PMIC產(chǎn)品等。為智能座艙/ADAS域應(yīng)用、車載動(dòng)力域、車身域等各類車載應(yīng)用提供全方位的電源解決方案。其中包括車載攝像頭PMIC SCT61240Q。
由于圖像傳感器型號(hào)豐富，其電源架構(gòu)和時(shí)序要求也較為多樣。為縮短工程師設(shè)計(jì)時(shí)間加快產(chǎn)品開發(fā)周期，PMIC在減少外圍元器件簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的同時(shí)，也應(yīng)做到靈活可調(diào)的輸出電壓和時(shí)序設(shè)置。同軸電纜潛在的壓降問(wèn)題需要及時(shí)保護(hù)避免產(chǎn)生信號(hào)完整性問(wèn)題。
綜合來(lái)看，高集成度、靈活控制、穩(wěn)定可靠的保護(hù)功能成為核心性能。SCT61240Q擁有4-19V的寬電壓輸入范圍，包含一路中壓DC/DC Buck，兩路低壓DC/DC Buck以及一路高PSRR低噪聲LDO。可為車載攝像頭提供完整電源軌，無(wú)論何種設(shè)計(jì)，單顆均能覆蓋電源需求，優(yōu)化系統(tǒng)靈活性。
SCT61240Q典型應(yīng)用電路
SCT61240Q采用2.5x3.5mm QFN-18L超小封裝，無(wú)需輸出分壓電阻，無(wú)需Power Good指示pin上拉電阻，最少僅需13個(gè)外圍器件即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作，最大程度節(jié)約布板面積。固定開關(guān)頻率2.2MHz，支持電感小型化設(shè)計(jì)。
拓爾微——車載攝像頭TMI7205B
拓爾微TMI7205B是一款基于車載攝像頭開發(fā)的電源管理解決方案，可為成像器和外部電路生成所有電源軌。TMI7205B由3個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器和1個(gè)低壓降 (LDO) 穩(wěn)壓器組成，在不影響產(chǎn)品性能的前提下盡可能減小尺寸并集成多個(gè)功能，從而有效利用空間并優(yōu)化電源系統(tǒng)的靈活性和熱性能。同時(shí)，它擁有4.5V～30V寬輸入電壓，能極大提高電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
TMI7205B應(yīng)用原理圖
DC-DC工作頻率為2.3MHz高頻設(shè)計(jì)，支持電感小體積和小型化設(shè)計(jì)；同時(shí)，封裝采用QFN4x4-24，進(jìn)一步緊湊PCB布局，節(jié)省攝像頭模組的電路面積；BUCK2、BUCK3空載和輕載工作在PFM模式，有效降低功耗，從而優(yōu)化PMIC和模組電源的熱管理；集成低噪聲LDO，同時(shí)BUCK重載工作在PWM模式，解決攝像頭水紋波問(wèn)題，提高成像畫質(zhì)。
?04、結(jié)語(yǔ)
作為汽車產(chǎn)業(yè)鏈自主可控的一部分，工信部提出2025年汽車芯片國(guó)產(chǎn)化率提升至20%的發(fā)展目標(biāo)，此舉受到了一眾車企的積極響應(yīng)。如東風(fēng)汽車集團(tuán)，計(jì)劃于2025年將車規(guī)級(jí)芯片國(guó)產(chǎn)化率提升到60%。
汽車市場(chǎng)新變局正帶動(dòng)包括PMIC在內(nèi)的國(guó)產(chǎn)芯片快速上車。車規(guī)產(chǎn)品需要極高的可靠性和極低的失效率要求，這不僅考驗(yàn)芯片企業(yè)的設(shè)計(jì)和研發(fā)能力，還考驗(yàn)品質(zhì)和供應(yīng)管理能力。
一家模擬電源公司是否有車規(guī)級(jí)產(chǎn)品，是區(qū)分企業(yè)能力的分水嶺?，F(xiàn)在國(guó)產(chǎn)PMIC廠商主要有兩種態(tài)度：一種是先做好非車規(guī)級(jí)產(chǎn)品，再考慮車規(guī)級(jí)，另一種是即使現(xiàn)在條件沒有特別好，也還是堅(jiān)持研發(fā)車規(guī)級(jí)電源管理芯片。這與每家公司的研發(fā)實(shí)力、技術(shù)儲(chǔ)備和市場(chǎng)策略有關(guān)。不過(guò)，PMIC公司投資汽車市場(chǎng)正成為一種全球性的趨勢(shì)。
新能源汽車爆點(diǎn)將至，國(guó)產(chǎn)PMIC企業(yè)車規(guī)級(jí)芯片業(yè)務(wù)迎來(lái)了最佳窗口期。
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