电源芯片的选择与设计挑战有关（电源芯片选型注意哪些问题）

智能汽车座舱通常配备多种功能来增强驾驶体验。比如，全液晶中控屏、高清显示可以让用户体验更加流畅、简单；驾驶员可以通过语音识别功能拨打电话，实现智能导航；高品质的音频和环境照明可以使观看电影和听音乐产生身临其境的体验。此外，空中下载（OTA）技术可以将驾驶员的手机与车载系统无缝连接；智能座舱甚至可以监控驾驶员状态并提供紧急交通警告，让驾驶更安全。

汽车智能座舱不仅是强大的出行助手，更是连接用户与数字智能的桥梁。消费者与车辆频繁、近距离的接触体现在驾驶舱内；通过座舱系统，消费者可以具体看到汽车变得越来越智能、越来越创新。

据iCVTank统计，2020年全球智能座舱市场价值231亿美元，预计到2026年将达到440亿美元。其中，车载信息娱乐市场最大，占比64.3%；其次是座舱显示系统，占27.05%；平视显示系统，占4.62%。在影响用户购买决策的关键因素（如动力、空间、价格）中，座舱可配置性成为重要考虑因素。

本文将通过介绍MPS与新驰科技联合开发的参考板来探讨汽车智能座舱解决方案的硬件支撑系统。它还将讨论三个关键的电源解决方案，包括初级电源、次级电源和背光驱动解决方案。

汽车智能座舱计算能力

《2021年汽车智能座舱白皮书》指出，主SoC的计算能力是决定座舱功能和性能的关键。中央处理器（CPU）的计算能力主要用每秒百万条指令（Dhrystone DMIPS）来衡量，它是指每秒处理多少百万条机器语言指令。为了满足不断扩大的应用覆盖范围，对CPU的计算能力要求也不断提高。截至目前，20kDMIPS以上的SoC足以满足智能座舱处理器的要求，并且需求还在持续增加。

汽车智能座舱可以提供多种功能，包括平视显示系统、视觉感知系统、语音交互系统等。图1给出了智能座舱系统典型功能的概述。

图1: 智能座舱典型功能

我们将通过高性能的新驰X9芯片来探索智能座舱解决方案的硬件架构（见图2）。

图2：新驰X9系列座舱芯片（图片来源：新驰科技）

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文章

汽车信息娱乐系统的电源设计（第1 部分）

了解一次、二次电源的特性

参考设计

Versal AI Edge（汽车级）全电源管理参考设计

从冷启动到负载突降

汽车瞬态入门

X9系列处理器是芯驰科技面向新一代汽车电子座舱的车规级芯片。该系列智能座舱新技术集成了高性能CPU、图形处理单元（GPU）、AI加速器、视频编解码处理器等加速单元。单颗X9处理器可同时驱动多达10个高清显示屏（如仪表板、中控台、后视镜、后排娱乐系统等），并支持多屏共享和交互，满足未来汽车智能座舱的功能需求（参见图3）。 X9处理器还集成了丰富的接口和总线协议，例如PCIe、USB、CAN-FD（具有灵活数据速率的控制器局域网）和以太网。因此，该系列处理器可以低成本无缝连接各种车辆系统。

X9系列包括X9E、X9M、X9H、X9HP和X9U。这些处理器配备不同数量的CPU和CPU核心，最高算力可达100k DMIPS，涵盖液晶仪表、中控导航、高端智能座舱等多种座舱应用场景。此外，X9全系列兼容多种软硬件，可帮助客户降低开发成本、缩短开发周期，并可通过一种设计应用于不同车型应用。

MPS与新驰科技联手开发X9H参考板

X9H是X9系列中的一款高性能座舱芯片。它采用6核A55加上多个R5核心，CPU计算能力高达36K DMIPS，GPU计算能力高达140 GFLOPS。 MPS与新驰联合开发的X9H参考板可实现最多4屏的智能座舱解决方案。该参考板的输入直接由12V 电池供电。由于SoC的电源轨通常处于低于1V的电压水平，因此建议采用两级电源方案来提高系统转换效率，同时应对冷启动和负载突降条件下的电池电压波动。

1级电源解决方案

初级电路使用MP4436-AEC1 将12V 电源转换为5V。 MP4436-AEC1 是一款可调频率、汽车级同步降压开关稳压器，最大输入电压(VIN) 为45V，最大输出电流(IOUT) 为6A，并支持并联配置（见图4）。

图4：MPS 主电源解决方案：MP4436-AEC1

MP4436-AEC1的功能特点描述如下：

4mm x 4mm超小封装尺寸，减少布局面积；

超高转换效率，支持舱内复杂环境散热；

动态性能为后续电路提供稳定的输出；

支持多个并行连接的可扩展性增加了客户设计灵活性和平台传承；

丰富的内部保护功能确保系统可靠性，例如带打嗝模式的过流保护（OCP）和输入欠压保护（UVP）。

还有一个带有扩频功能(FSS) 的MPQ4436A-AEC1 版本。扩频功能可以降低系统的EMI干扰，降低客户整板的EMI设计难度。客户可以根据自己的需求灵活选择。

二次电源解决方案

MPQ217x 汽车级开关稳压器系列与X9E、X9M 和X9H 灵活地引脚对引脚兼容。该系列稳压器包括MP21777-AEC1(1A I)OUT)、MP2178-AEC1(2A I)OUT) 和MPQ2179-AEC1(3A I)OUT)，支持跨不同平台的统一硬件布局。

以X9H为例，根据不同SoC电源轨的电流要求，其次级电路由多个MPQ2179-AEC1和MP2167A-AEC1(6A I)OUT)组成。

图5 显示了二次电源解决方案的系统架构。

图5：二次电源解决方案系统架构

使用MPQ2179-AEC1和MP2167A-AEC1实现的次级电路具有以下优点：

MPQ2179和MPQ2167A专为信息娱乐系统、ADAS、摄像头和智能座舱等5V应用而设计，这些应用需要快速瞬态响应、超低噪声、高精度输出和良好的热性能。

采用MPS最新的Bipolar-CMOS-DMOS (BCD)低阻工艺，结合先进的倒装芯片封装技术，可实现高系统效率。

MPQ2179-AEC1 的2.4MHz 高开关频率(fSW) 可减小电感器尺寸，避开AM 无线电频段，并减少汽车无线电频段中的干扰。

MP2167A-AEC1 采用小型(3mmx3mm) 封装，其工作频率可通过外部电阻进行编程，最高可达2.2MHz。该器件还集成了丰富的保护功能，包括逐周期过流保护（OCP）、输出短路保护（SCP）、输入欠压保护（UVP）和输出过压保护（OVP）。

背光驱动解决方案

X9H最多可支持四个全高清显示屏，其屏幕照明和调光需要背光驱动芯片。以MP3364-AEC1为例。该器件是一款升压WLED 驱动器，最高工作频率为2.2MHz，每通道最大驱动电流为150mA，可支持高达50V 的最大输出电压(VOUT)（见图6）。

图6：MP3364-AEC1 典型应用功能框图

MP3364-AEC1的功能特点描述如下：

支持I2C接口，芯片本身支持3个I2C地址。同一I2C总线可支持3个芯片，方便使用时配置多个芯片；

共有三种可用的调光模式：脉宽调制(PWM) 调光、模拟调光和混合调光（PWM 和模拟调光），可通过外部引脚进行选择。 PWM调光比和模拟调光比分别达到15000:1和200:1。精细调光比例可以实现屏幕亮度的微调。

支持逐周期电流保护、LED开路保护和短路保护（SCP）、电感短路保护（SCP0）、输出过压保护（OVP）和过温保护（OTP）。丰富的内部保护功能，保证背光驱动系统安全可靠运行。

图7 显示了X9H 参考板的多屏交互解决方案，其中面板由MP3364-AEC1 驱动。

图7：X9H参考板的多屏交互方案（来源：新驰科技）

结论

汽车智能座舱SoC的技术进步对计算能力、主频和动态响应速度提出了更高的要求。同时，它还需要更高的单相或多相输出电流水平。这些因素综合起来，将为电源芯片的选型和设计带来新的挑战。

为了应对这些挑战，MPS与新驰科技联合开发了X9H参考板，共同打造智能座舱解决方案。本文介绍的两级供电方案不仅可以提高系统的转换效率，还可以支持电池电压的波动，同时还提供了背光驱动方案。随着汽车电源行业的不断发展，MPS不断创新，推出极具竞争力的产品组合，引领智能座舱革命。

审稿人：彭静