广告

如何正确理解汽车电子设计之SBC篇

2020-01-08 高杨 阅读:
系统基础芯片(SBC,System Basis Chip),从广义上来说,是一种包含电源、通信、监控诊断、安全监控等特性以及GPIO的独立芯片。随着汽车电子模块的日益小型化,对低功耗和可靠性的要求

系统基础芯片(SBC,System Basis Chip),从广义上来说,是一种包含电源、通信、监控诊断、安全监控等特性以及GPIO的独立芯片。s94ednc

随着汽车电子模块的日益小型化,对低功耗和可靠性的要求越来越高。因此,SBC在汽车电子中的应用也越来越多。本文将对SBC的以下内容展开介绍:s94ednc

1. 什么是SBCs94ednc

2. 为什么使用SBCs94ednc

3. SBC应用在哪些地方s94ednc

4. SBC的主要特性s94ednc

图1:SBC的系统框图。s94ednc

1. 什么是SBC

本文的开始介绍了SBC广义上的意义。细致地来说,电源的构成可以是线性电源或者开关电源;通信包含CAN、CANFD以及LIN;监控诊断包括唤醒输入、看门狗、复位、中断,以及对电路诊断后的失效输出,还有功能安全的一些特性(见图1)。s94ednc

2. 为什么使用SBC

汽车电子硬件设计中,电源、通信,包括一些监控(例如看门狗/复位/定时器),都是通过多个电路来实现的。这不仅增加了电路设计的难度,也不利于在可靠性、系统成本、PCB空间以及电路功耗等方面做出优化提高。使用了SBC之后,由于SBC内部高度集成了一个基本硬件系统模块的基础电路功能模块(电源和通信),因此使得外部电路得以大大的简化。这也就体现了SBC这类器件的强大优势,因此有了广泛的使用。s94ednc

3. SBC应用在哪些地方

通过第2节的介绍可以看到,在动力系统、底盘和驾驶辅助、车身系统、舒适系统以及混合动力及电驱动系统中,几乎无处不见SBC,这也说明了这类器件强大的生命力和优势被广泛接纳的程度。s94ednc

4. SBC的主要特性

4.1 SBC的通用特性

一般来说,SBC通常都具备以下的一些通用特性:s94ednc

● 5V/3.3V的电源s94ednc

● 至少一路CAN(CAN FD)s94ednc

● 至少一路LINs94ednc

● 外部唤醒输入s94ednc

● 看门狗功能s94ednc

● 复位功能s94ednc

● 通信接口s94ednc

● 至少一路或多路的GPIO口来实现故障输出/唤醒/高边开关/低边开关s94ednc

● 带有唤醒功能的低功耗模式s94ednc

从以上的特性来看,所谓的SBC中的“系统”,必须包含电源和通信部分,这也体现了叫做系统基础芯片名称的由来。s94ednc

电源是系统的基础,因此SBC中必须首先包含电源。一般来说,SBC的电流输出能力都不是很大,主要是在100mA~150mA。这样的电流输出能力可以满足大多数汽车电子中的微控制器的电流需求,从而可以把原本需要的外部电源集成到SBC内部。其实电流输出能力也可以做得更大一些,但考虑到功耗以及散热问题,只要够用就可以了。也有采用DC/DC的SBC把输出电流做到了1.5A,用来给系统的主微控制器供电(例如NXP公司的MC34FS6408)。不过这类器件还是少数。通信部分也是SBC不可或缺的部分,带有CAN、CAN FD和LIN的接口也就成为了SBC的标配。注意:有些半导体公司的产品中会有多路CAN的SBC,同时也带有LIN,这些都是为了适应不同的系统需求开发出来的芯片。因为这些SBC中都包含有CAN,所以就用包含LIN的数量来进行简单归纳(见图2)。由于系统需要在待机的状况下被唤醒,所以还需要有外部唤醒输入,这样可以让模块在待机下降低功耗和静态电流。此外,SBC还有一些和安全有关的功能,例如看门狗和复位功能,都是可以由通信(一般是SPI)来进行配置和管理的,从而满足安全的设计要求。s94ednc

图2:SBC芯片的简单归纳。s94ednc

4.2 SBC的一些特殊功能

除了第4.1节介绍的一些通用特性之外,一些SBC还具备特殊功能,例如电源管理和功能安全功能(例如NXP公司的UJA1061TW)。s94ednc

4.2.1 电源管理

电源管理在汽车电子设计中也是比较复杂的部分,因为要考虑到多个子电路之间的状态以及通信,还有如何控制不同子电路的供电。有了SBC后就可以比较简单地处理这些难题,甚至可以用软件来实现之前由硬件来完成的一些任务(例如定时器、周期性的唤醒芯片)。s94ednc

电源管理功能主要包括:s94ednc

● 智能的运行模式和电源管理模式s94ednc

● 在待机和睡眠模式下周期性唤醒的能力s94ednc

● 具有周期性供电功能的本地唤醒输入s94ednc

● 通过总线远程唤醒的能力s94ednc

● 外部电源可以很容易地集成在电源系统中s94ednc

● 通过高边开关驱动外部负载(例如继电器和唤醒开关)s94ednc

● 智能屏蔽中断输出s94ednc

4.2.2 功能安全功能

功能安全功能是汽车电子对安全的日益增加而产生的,最早应用在工业和航天领域。以下是功能安全功能的特性列表:s94ednc

● 可预测在所有条件下的安全机制s94ednc

● 可编程故障安全代码窗口和带片上振荡器的超时看门狗,确保失效故障的自动系统监控s94ednc

● 16位SPI接口微控制器的故障安全代码s94ednc

● 用于控制安全关键硬件的全局使能引脚s94ednc

● 失效检测和详细报告s94ednc

● 片上振荡器的故障警报和看门狗警报s94ednc

● 基于诊断的严格错误处理s94ednc

● 23位可访问和保护的RAM,例如用于记录周期性问题s94ednc

● 在单个SPI帧中报告消息,不需要用多个SPI帧报告消息s94ednc

● 跛行回家输出信号,用于在系统进入故障保护模式时激活硬件(例如打开警告灯)s94ednc

● 在软件开发模式和闪存模式下的失效安全代码激活s94ednc

● 唯一的SPI可读设备类型标识s94ednc

● 软件启动系统重启s94ednc

从以上的列表中可以体会到在需要使用SBC的系统设计中,电源管理和功能安全使得SBC的优势发挥得淋漓尽致。这是因为在片上集成系统的时候,每个芯片都可以在开发的初期就考虑得非常细致和完整,从而不需要后期用分立的器件以及软件代码来实现这些复杂的系统设计,包括功能安全和电源管理等。因此,这类包含“特殊”功能的SBC发展成为独立的一类,叫做功能安全SBC(Functional Safety SBC)。s94ednc

综上所述,除了我们介绍的这些SBC,还有一些它衍生出来的家族成员,例如迷你SBC(Mini System Basis Chip)、LIN迷你SBC(LIN Mini System Basis Chip),以及第4.2节介绍的功能安全SBC等。这些家族成员使得SBC成为一类具备强大生命力的器件。s94ednc

本文为《电子技术设计》2020年1月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里s94ednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
高杨
近20年在汽车电子TOP10公司经验,特别是在车载控制器领域(多媒体、车身、驾驶辅助及VCU)。曾任职博世汽车专家级工程师,超过10年在汽车零部件(博世和大陆汽车),5+年汽车半导体(德州仪器和英飞凌),历任多种资深(系统、设计、产品)工程师职务。丰富的平台开发(从0到1)及产品开发的工程经验和技术积累。 Ford SYNC第一代的核心硬件工程师,定义和开发了德州仪器(TI)第一款智能高边驱动器(TPS1H100-Q1),填补了公司在汽车电子市场的技术路线和市场空白。 整理和标准化了与设计开发的技术文件,可以直接用于指导设计及融入公司的文件体系中,满足体系审查要求和提高公司的设计流程和管理水平。硬件设计流程管理的模板(45+篇),硬件设计评审和检查清单模板(50+篇)。 企业内训师认证(TTT) ,超过2500页汽车电子设计培训内容PPT,满足从入门、中级及高级汽车电子设计的培训要求,目前在4家企业内部实施过培训,收到了很好的反馈。 目前获得13件汽车电子专利(截止2019年12月)。《EDN电子技术设计》汽车电子专栏作者ednchina.com/author/gaoyang
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:碳化硅肖特基二极管 碳化硅肖特基功率二极管在开关电源电路中的应用,更好的让电路工作在高频状态,减小电路中电感等元件体积重量,由于碳化硅肖特基二极管优良的耐温性能和低损耗特性,让电路中热沉的体积重量得到改善,便于优化电路的热设计,与此同时,应用了SOD123封装形式的该款器件,为功率二极管小型化提出了解决方案,更好的贴合对器件小型化和产品功率密度改善有要求的客户需求。该产品可应用于高频ACF,小功率GaN适配器,驱动部分自举电路,高频DC/DC电路等应用场合。G51XT碳化硅肖特基二极管已进入市场,有良好的市场反馈。
  • 瑞萨电子推出64位RISC-V CPU内核RZ/Five通用MPU,开创R 产品作为瑞萨现有Arm CPU内核MPU阵容的新成员扩充RZ家族的产品组合
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:32Mb串口RAM-IS66/6 该产品融合了传统SRAM和DRAM的优势,具有容量大、速度快、引脚少、成本低的优点,并可提供具有高可靠性的车规级产品。产品接口简单,无需太多复杂接口设计,可有效增强系统性能,简化设计,减少系统总成本。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:业界首款车规级超高 GD25/55LT是业界首款超高速四通道的SPI NOR Flash产品系列 ,最高时钟频率达到200MHz,数据吞吐率高达200MB/s,是现有产品的3倍以上。内置ECC算法与CRC校验功能,在提高可靠性的同时延长了产品使用寿命,DQS和DLP功能为高速系统设计提供了保障。通过了车载AEC-Q100的认证。GD25/55LT系列产品是业内最高性能,超高可靠性的四通道SPI NOR Flash车规级解决方案,在满足车载应用对Flash即时响应需求的同时又满足了功能安全的要求。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:高速存储控制芯片HG 宏芯宇自主研发的全球首颗40nm的USB接口存储控制芯片HG2319,采用USB3.0技术,实现了闪存存储速度创新,一举将速度提升10倍,满足了人们高速传送高品质影像档案的速度要求,省电节能、更高兼容性、成本更低。采用BCH 90 Bit ECC纠错引擎,相比同业采用的72bit更加强化存储容错率,等同于增加闪存盘产品稳定性与寿命,透过领先的研发技术,HG2319目前是同业产品中最小面积的设计,成本领先同业。
  • 自耦变压器SPICE建模 自耦变压器又称为单绕组变压器,可分升压变压器及降压变压器;它是一种只有一组线圈的变压器,其中一个线圈作为另一线圈的一部份...
  • 拆解小米WatchS1智能手表,看看主板上的主要IC来自哪些 根据小米官方的描述,小米智能手表Watch S1型号中的S,取自“Super”的缩写,代表了强大。也代表着S1是面对高端市场的产品。那究竟是否如其名呢?
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:车用高性能电机驱动 1.可用于无感/有感的BLDC/PMSM电机、三相/单相感应电机、伺服电机驱动。 2.可应用于汽车电子、吊扇、落地扇、吸尘器、工业风机、水泵、压缩机、电动车、电动工具、航模等领域。 3.一款集成电机控制引擎(ME)和8051内核的高性能电机驱动专用芯片,ME集成了FOC、MDU、LPF、PID、SVPWM等诸多硬件模块,可由硬件自动完成有感/无感BLDC/PMSM电机的FOC驱动/方波驱动的运算和控制; 8051内核用于参数配置和日常事务处理,双核并行工作实现各种高性能电机控制。芯片内部集成有高速运算放大器、比较器、Pre-driver、高速ADC、CRC、SPI、I2C、UART、LIN、CAN、多种TIMER等功能,内置高压LDO,适用于BLDC/PMSM电机的方波、FOC驱动控制。 4.通过AECQ100车规认证。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:高性能大算力全场景 - AI性能跑分更强,超越Nvidia Orin - 应用当前先进的安全技术和研发流程 - 国内唯一可获得、支持快速量产的整车智能计算平台芯片
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:车规级高性能自动驾 2021年4月,黑芝麻智能发布车规级高性能自动驾驶计算芯片华山二号A1000 Pro,并于同年7月流片成功。华山二号A1000 Pro自动驾驶计算芯片是目前国产性能最强的车规级高性能自动驾驶计算芯片。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:AX630A优势 AX630A是爱芯元智自主研发的第一款高性能、低功耗的人工智能视觉处理器芯片,也是目前的旗舰产品。其28.8TOps@INT4的算力密度在边缘侧、端侧芯片中,已处于领先位置;在编解码方面,AX630A可以支持20路1080p解码,同时支持8路1080p编码;再加以爱芯元智专有的AI ISP所赋予的图像处理能力,使得AX630A不仅能实现暗光环境下优异的画质效果,同时还能兼顾~3W的低功耗优越性能;并可通过算法模型迭代,持续为量产芯片升级。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:存算一体SOC芯片WTM 可使用sub-mW级功耗完成大规模深度学习运算,特别适合可穿戴设备中的智能语音和智能健康服务
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了