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电动汽车时代,国产车规级ADC的新机遇

2024-05-15

在整个半导体行业处于低迷期时,蓬勃发展的电动汽车产业给汽车芯片带来了逆势暴增的市场需求。汽车市场对于芯片的高要求,以往市场门槛以及芯片规格要求较高的情况下,国内厂商一般少有触及。

直到2020年后的汽车缺芯大潮,以及国际形势导致的国产替代需求,令大量国内芯片厂商得到了更多汽车市场机会,原本只做消费、工业应用的芯片厂商纷纷投身汽车芯片。在车规MCU、座舱SoC、自动驾驶芯片、功率器件之外,国产厂商最近也开始瞄准车规ADC等细分产品上。

电动汽车时代,ADC起到更重要作用

ADC即Analog-to-Digital Converter(模拟-数字转换器),在电子产品中几乎随处可见,其主要作用是将现实世界的模拟信号转换为数字信号,便于MCU等进行处理。在汽车上,ADC可应用的场景非常丰富,包括模拟信号传输的倒车影像、ESP、ADC、发动机ECU、BMS、语音/音响交互系统等,由于用到大量传感器获取数据,因此也需要ADC对传感器获取到的模拟信号进行转换。

在燃油车上,发动机中有温度传感器、进气流量传感器、压力传感器、加速度传感器等等。要保证发动机的动力、效率、排放、可靠性等,需要ECU结合这些传感器的数据来对空气燃料比、点火等方面进行控制。

而ADC的精度,决定了转换过程中模拟信号和数字信号之间的误差大小,因此燃油车上ADC能够影响传感器数据的精确性,间接影响发动机的运行。

在电动汽车上,动力来源转变为电能,ADC对电机控制电池管理系统等应用也十分关键。尤其是在BMS电池管理系统上,BMS的效率和电池包寿命,以及电池包安全,很大程度上以来于BMS的电压和电流测量精度。

为了精确监测每个电池的电压,需要使用高分辨率的ADC,能够区分更小的模拟信号变化;同时高精度也很重要,因为ADC精度也会影响对电池SOC的估算。

同时,自动驾驶的应用中,由于传感器数量、芯片算力的提高,自动驾驶硬件和软件子系统变得越来越复杂。在这些系统中,比如自动驾驶域控,需要满足最高级别,也就是ASIL-D级的汽车功能安全等级。

要满足ASIL-D级的功能安全,需要通过可靠、精准的监测,以及并行冗余电路来提高系统可靠性,并及时排查系统故障。在这个过程中,采用独立ADC进行诊断监控的方式也成为了主流。

从燃油转为电力驱动,令电动汽车在电流电压等实时监测和控制的需求相比燃油车更加高,因此ADC在电动汽车上起到的作用,毫无疑问是要相比燃油车更大,同时对ADC的性能要求也更高。

国产厂商入局车规ADC

在刚刚过去的北京车展上,芯海科技首次展示了其车规ADC产品系列,包括CS1x1x系列Sigma-Delta ADC,以及汽车级SAR ADC CS1795x系列。

其中CS1x1x系列ADC采用低功耗设计,集成可编程增益放大器(PGA)、高精度基准和温度传感器,支持2V到5.5V的宽电压供电范围,分辨率最高18位、最大采样速率7000SPS,可广泛应用于汽车BMS、ADAS、动力系统、OBC等领域。

CS1795x系列ADC支持16/12/8/4通道,分辨率为12位,另外还提供13位的CS1795x P版本。该系列最高采样速率高达1MHz,其多通道和高集成特性,可以应用于BMS、ADAS域控、电源系统监测等场景。

另外,国内的模拟芯片大厂也早已在车规ADC上进行布局。比如思瑞浦的车规级16通道12位SAR ADC TPC5120Q,速率高达1MHz,支持低功耗模式,休眠功耗低至10uA,主要应用于汽车BMS中PACK总电压、总电流监测。

圣邦微在去年推出了一款16位低功耗、高精度Delta-Sigma型车规ADC SGM58031Q,芯片内部包含一个片上参考和振荡器滤波器的数据速率最高可达960SPS,片上PGA,可提供低至±256mV的输入电压范围。

类比半导体在2022年12月宣布量产车规级16位-20位Delta-Sigma ADC产品,包括ADX111Q、ADX112Q 以及ADX122Q 等型号,均基于其SemiDig平台开发,面向电动汽车BMS系统应用。ADX111Q 和ADX112Q 是16位的车规Delta-Sigma ADC,内部集成了低漂移电压基准和振荡器和PGA,均支持2V 到5.5V 的宽电源范围。

ADX112Q 内部还集成了高精度温度传感器,可用于系统级温度监测或热电偶冷端补偿。

ADX122Q是20位的低功耗ADC,滤波器数据速率最高可达3571SPS,PGA提供从±256mV 到±6.144V 的输入范围,实现高分辨率测量大小信号。

另外,上海贝岭在去年年底也对外表示,公司车规ADC芯片正在布局、研发中。

小结:

电动汽车产业的发展,带动了ADC的需求,同时也为国内厂商带来了新的市场机会。随着市场需求的扩张,也将会有更多的国内厂商入局到车规ADC的领域中。

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