Architettura di gestione dell'alimentazione a chip singolo per applicazioni di frenata dei veicoli

Allegro MicroSystems ha presentato l'A81415, un circuito integrato per la gestione dell'alimentazione (PMIC) certificato ASIL-D che combina la gestione dell'alimentazione e la decodifica dei segnali del sensore di velocità della ruota in un unico dispositivo per sistemi di frenata elettromeccanica (EMB). La soluzione è destinata alle applicazioni automotive brake-by-wire, nelle quali la sicurezza funzionale, l'elettronica compatta e dati affidabili sulla velocità delle ruote sono elementi essenziali per il controllo del veicolo.

Gestione dell'alimentazione e rilevamento integrati per sistemi brake-by-wire
La tecnologia brake-by-wire sta diventando un elemento fondamentale delle architetture dei veicoli definiti dal software, sostituendo i tradizionali sistemi di frenata idraulica con sistemi elettromeccanici controllati elettronicamente. L'elettronica installata in corrispondenza di ciascuna ruota deve resistere a vibrazioni, variazioni di temperatura e transitori elettrici, garantendo al tempo stesso un funzionamento fail-operational e la conformità ai requisiti di sicurezza funzionale del settore automotive.

I tradizionali sistemi brake-by-wire richiedono generalmente PMIC di sicurezza separati, circuiti integrati dedicati alla decodifica della velocità della ruota e numerosi componenti discreti di potenza. Questo aumenta la complessità del circuito stampato, richiede maggiore spazio di installazione e introduce ulteriori potenziali punti di guasto nei moduli ruota critici per la sicurezza.

L'A81415 integra tutte queste funzioni in un unico dispositivo combinando un'interfaccia per il sensore di velocità della ruota, un preregolatore buck-boost, cinque regolatori a bassa caduta di tensione (LDO) e un'architettura di alimentazione a singola induttanza che non richiede componenti di commutazione esterni. Secondo Allegro, questa integrazione elimina fino a nove componenti esterni, riduce il costo della distinta base dei semiconduttori fino a 4 dollari USA per veicolo e libera oltre il 50% dell'area utile del circuito stampato destinata all'elettronica della pinza freno.

Elaborazione dei dati di velocità della ruota e sicurezza funzionale
L'interfaccia integrata per il sensore di velocità della ruota supporta i protocolli standard a due livelli, la modulazione della larghezza di impulso (PWM) a due livelli e i protocolli AK a tre livelli, comprese le varianti ad alta risoluzione. I dati del sensore vengono decodificati internamente e trasmessi tramite un'interfaccia periferica seriale (SPI), eliminando la necessità di un circuito integrato dedicato alla decodifica.

L'elaborazione interna dei segnali di velocità della ruota all'interno del PMIC riduce la latenza nel circuito di controllo della frenata e diminuisce il carico di lavoro del microcontrollore. Le linee di alimentazione a basso rumore sono progettate per alimentare i sensori di velocità della ruota e i sensori angolari impiegati negli attuatori elettromeccanici dei freni, contribuendo a mantenere l'integrità del segnale lungo l'intera catena di controllo della frenata.

Il dispositivo è qualificato secondo lo standard automotive AEC-Q100 e integra una doppia funzione watchdog insieme a meccanismi di monitoraggio dei guasti, supportando i requisiti di sicurezza funzionale ASIL-D senza richiedere circuiti di protezione esterni aggiuntivi.

Architettura di alimentazione scalabile per veicoli a 12 V e 48 V
Il PMIC è prodotto utilizzando il processo automotive Grade-0 di Allegro ed è progettato per funzionare sia negli attuali sistemi elettrici a 12 V sia nelle future architetture a 48 V. Se abbinata al preregolatore APM81815 e ai driver di gate compatibili a 48 V, la piattaforma offre ai fornitori Tier 1 un percorso modulare per migrare verso moduli ruota brake-by-wire di nuova generazione riducendo al minimo gli interventi di riprogettazione.

Peter Wells, Business Line Director, High Performance Power di Allegro MicroSystems, ha dichiarato che l'integrazione del rilevamento della velocità della ruota e della gestione dell'alimentazione in un unico dispositivo offre una piattaforma scalabile per i futuri sistemi intelligenti di telaio, combinando sensori ed elettronica di potenza all'interno del modulo ruota.

Contesto aggiuntivo: Specifiche tecniche e confronto con le tecnologie concorrenti
I PMIC per applicazioni di telaio critiche per la sicurezza sono ampiamente disponibili presso produttori di semiconduttori quali Infineon, NXP, STMicroelectronics e Allegro. La maggior parte delle soluzioni conformi ad ASIL-D integra più regolatori di tensione, funzioni watchdog, monitoraggio diagnostico e supervisione della sicurezza per applicazioni quali sistemi frenanti, sterzo e centraline per sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS). Tuttavia, queste piattaforme richiedono generalmente un'interfaccia separata per il sensore di velocità della ruota o un dispositivo dedicato alla decodifica.

L'A81415 si distingue per l'integrazione diretta della decodifica dei segnali di velocità della ruota all'interno del PMIC, supportando al contempo diversi protocolli di comunicazione utilizzati dai sensori di velocità della ruota nel settore automotive. La combinazione di rilevamento integrato, cinque regolatori LDO, conversione di potenza buck-boost, architettura a singola induttanza, qualificazione AEC-Q100 e sicurezza funzionale conforme ad ASIL-D riduce il numero di componenti esterni e l'ingombro sul circuito stampato rispetto alle tradizionali implementazioni multi-chip impiegate nei sistemi brake-by-wire.

A cura di Sucithra Mani, redattrice di Induportals – adattato con il supporto dell'IA.

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