集成于汽車執(zhí)行器控制單元內(nèi)的高轉(zhuǎn)換速率放大器

新一代車用執(zhí)行控制單元（ACU）通過串行總線接收來自車輛管理系統(tǒng)的數(shù)字輸入，控制其執(zhí)行器（電機(jī)、繼電器、電磁噴油器、LED燈和電阻加熱器等）。典型的串行總線CAN和FlexRay作為車輛的主干網(wǎng)絡(luò)，LIN或SPI則作為車輛局域網(wǎng)絡(luò)。在執(zhí)行器終端，ACU能夠產(chǎn)生高達(dá)幾十伏的模擬電壓信號或幾安培電流信號，信號的脈寬可以從幾千赫茲到幾赫茲。提出一種嵌入汽車執(zhí)行器控制單元的數(shù)字輸入驅(qū)動方法，以提高放大器的轉(zhuǎn)換速率。整個(gè)汽車執(zhí)行器控制單元被集成在嵌入式閃存0.18μm的CMOS內(nèi)，可提高放大器的轉(zhuǎn)換速率以在上升和下降的幾微秒時(shí)間內(nèi)驅(qū)動高負(fù)荷。設(shè)計(jì)集成電路時(shí)，要考慮汽車對電路苛刻的要求，如工作溫度范圍應(yīng)為-40～160℃、最大靜放電電壓為±4kV。為驅(qū)動高電容負(fù)荷，需要在DAC（數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器）輸出端額外設(shè)置一個(gè)放大器，用于優(yōu)化轉(zhuǎn)換速率和為DAC通道提供雙輸出驅(qū)動能力。為提高放大器適用范圍，雙互補(bǔ)輸出使得外部電壓可以通過一個(gè)N-MOS附帶一個(gè)上拉電阻或PMOS附帶一個(gè)下拉電阻實(shí)現(xiàn)反向。設(shè)計(jì)一個(gè)模擬IP單元，其包含一個(gè)診斷電路，檢測外部反向電壓與地面或供電節(jié)點(diǎn)間是否存在短路。提高轉(zhuǎn)換速率導(dǎo)致電流損耗增加，可以通過控制轉(zhuǎn)換速率控制閥的開啟。提高轉(zhuǎn)換速率是一種基于開關(guān)技術(shù)的功率放大方法，該方法允許驅(qū)動高電容負(fù)載，但不會降低開關(guān)速度和增加平均電流損耗。

刊名：Analog Integr Circ Sig Process（英）

刊期：2015年第5期

作者：Sergio Saponara

編譯：于立嬌