任意一個汽車電子系統硬件上除了檢測單元(如傳感器),計算單元(如微控制器)和執行單元(如功率管),往往還需要供電單元(如LDO),通信物理層單元(如CAN收發器),診斷監控單元及一些輸入輸出接口(如喚醒輸入),針對后面這些單元的通用化,系統基礎芯片(System Basis Chip,簡稱SBC)應運而生。如下圖所示,典型的系統基礎芯片擁有供電功能,總線收發功能,診斷監控功能和喚醒管理功能。
通常當系統需要供電單元和總線收發器時,就可以考慮選用系統基礎芯片了,使用系統基礎芯片可以帶來眾多好處:
減少PCB空間
更好的靜態功耗
更高的系統可靠性
成本的優化
重復設計工作量的減少
系統基礎芯片之間的差異
雖然所有的系統基礎芯片都含有上文提到的四個功能,但是由于每個廠家對市場及應用有不同的認識,還有資源以及技術的不同,所推出的系統基礎芯片各有差異,在只考慮功能不考慮具體參數優劣的情況下,這些差異主要集中以下幾個方面:
各功能模塊的數量,比如供電輸出有一路,兩路,三路或者多路,CAN收發器有一個,兩個還是多個;
各功能模塊的能力,比如CAN收發器是否支持CAN局部網絡工作(CAN PN),供電輸出是250mA能力還是750mA能力;
不同功能模塊的搭配,比如芯片內部只有一路供電及一路CAN收發器,或者芯片內部有多路電源輸出,多路CAN/LIN收發器以及驅動輸出。
同一個廠家也會有多個差異化的系統基礎芯片。此處以英飛凌產品為例,直觀地講解系統基礎芯片家族分類,一般可分為四個家族:簡化型,中等型,開關電源型和多CAN型。家族之間的差異在于功能模塊數量及搭配的不一樣,同一家族(中等型,開關電源型)內根據LIN收發器的數量可以有多個芯片可選,另外依據VCC1輸出電壓的不一樣有5V和3.3V版本可選,依據是否支持CAN局部網絡工作有兩個版本可選(只有開關電源型家族目前不支持), 一共有多達50個系統基礎芯片可供選擇。
家族的定義一般來自于目標應用,目標應用的復雜度及差異化的需求決定了家族內具體版本的差異,比如簡化型家族簡化了供電功能并且只有一路CAN收發器,通常應用于車燈控制,方向盤鎖,安全帶和座椅等應用,其參考應用框圖如下。
中等型家族擁有豐富的功能(三路供電輸出,多個喚醒輸入和失效信號輸出等)但是供電輸出能力不大,通常應用于車身控制,門窗控制和電動換擋器等應用,其參考應用框圖如下。
開關電源型家族相對于中等型家族減少了電源輸出通道,但提高了主電源的輸出能力并且還增加了Boost功能,通常應用于車身控制,網關和環境氣候控制等應用,其參考應用框圖如下。
多CAN型家族相對于開關電源型家族減少LIN收發器,增加了CAN收發器,通常應用于網關和輔助駕駛等應用,其參考應用框圖如下。
系統基礎芯片如何選型
可以利用上文提到的差異進行快速的初步選型,如先評估MCU供電網絡的電壓和電流能力的需求,根據電壓和電流能力可以大致選擇到某些家族或者系列,再根據總線收發器的要求選擇某些芯片,下圖是來自英飛凌的一個很簡單但很直觀的選型圖,初步選型后還要檢查喚醒需求及負載驅動需求,對于沒有直接匹配到合適的系統基礎芯片時需要去評估哪些外圍器件匹配哪個系統基礎芯片才能做到最優的方案。
本文介紹了針對不同市場和應用,系統基礎芯片的各家族系列產品的不同模塊和特點,以及如何進行系統基礎芯片的選型,希望對您初步了解此類半導體元器件有所幫助。為了方便使用不同模塊的功能,接下來的文章中將繼續針對系統基礎芯片的典型工作狀態及特點、系統基礎芯片的喚醒方式進行詳細解析。
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