Sequencer-IC – Stromversorgungslösung für prozessorbasierte Fahrassistenzsysteme

Schon vor über 50 Jahren prognostizierte das Mooresche Gesetz eine exponentielle Zunahme des technologischen Fortschritts. Und in den letzten fünf Jahren nahm der Fortschritt nochmals Fahrt auf: von Vorstufen des Autonomen Fahrens bis hin zu diversen Sicherheits- und Komfortfunktionen. All diesen Features ist gemein, dass sie eine Stromversorgung benötigen.

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Ein ständig komplexer werdender Stromversorgungs-Baum bringt unter anderem die Notwendigkeit mit sich, die verschiedenen Versorgungsspannungen in einer bestimmten Reihenfolge einzuschalten, speziell wenn es um den Prozessor geht. Einfach bewerkstelligen lässt sich dies mit einem Sequencer-IC, denn ein solcher Baustein kontrolliert, in welcher Reihenfolge die Versorgungsspannungen aktiviert werden.

Die Prozessoren, die für die unterschiedlichsten Funktionen vom Fahrassistenzsystem bis zum Head-up-Display zuständig sind, setzen voraus, dass ihre Versorgungsspannungen in der richtigen Reihenfolge eingeschaltet werden. Ansonsten kann zu übermäßig hohen Inrush-Strömen, Latch-up-Zuständen, widersprüchlichen internen Zuständen und einer unkorrekten Initialisierung kommen. Umgekehrt können bei einem nicht richtig koordinierten Herunterfahren der Versorgungsspannungen ebenfalls bestimmte Probleme entstehen, zu denen verfälschte Speicherinhalte, falsch vorgespannten Dioden oder andere Schäden am System gehören. Bild 1 zeigt exemplarisch die nötige Power-up-Sequenz der verschiedenen Versorgungsspannungen eines FPGA.

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Wie erwähnt, lässt sich diese vorgegebene Einschaltreihenfolge mit einem Sequencer-IC wie dem LM3880-Q1 oder dem UCD9090-Q1 von TI implementieren. Eine andere verbreitete Methode wäre die Verwendung einer diskreten Lösung. Eine typische diskrete Implementierung enthält ein RC-Netzwerk (Widerstand-Kondensator) sowie einige Dioden, um die Freigabe einer jeden Versorgungsspannung jeweils um eine gewisse Zeitspanne zu verzögern. Die Werte der verwendeten Widerstände und Kondensatoren werden so gewählt, dass die gewünschte Einschaltreihenfolge erzielt wird. In Bild 2 ist ein Beispiel für eine solche Implementierung zu sehen.

Verglichen mit einem Sequencer-IC dürfte eine diskrete Implementierung kostengünstiger sein und weniger Leiterplattenfläche benötigen, jedoch gibt es auch Nachteile. Zum Beispiel wird eine diskrete Lösung wahrscheinlich nur das Power-up-Sequencing, nicht aber das Power-down-Sequencing unterstützen. Außerdem sind diskrete Lösungen weniger präzise als ein spezielles Sequencer-IC, und darüber hinaus sind bei diskreten Bauelementen die üblichen Toleranzen und temperaturbedingten Schwankungen zu berücksichtigen.

Bei einem Sequencer wie dem LM3880-Q1 gibt es dagegen bei den Verzögerungen zwischen den verschiedenen Versorgungsspannungen nahezu keine Änderungen, die auf die in Automotive-Anwendungen üblichen Temperaturänderungen zurückzuführen wären. Sequencer sind ferner einfacher zu implementieren und zu designen als diskrete Lösungen. Der LM3880-Q1 kommt ganz ohne externe Bauteile aus, kann aber dennoch in einem System mit drei Versorgungsspannungen mehr als 10 diskrete Bauelemente ersetzen, sodass weniger Möglichkeiten für Fertigungs-Diskrepanzen und Fehler bestehen.

Bild 3 zeigt die Implementierung eines Sequencers in einem Referenzdesign, bei dem es sich um eine kostenoptimierte Stromversorgungs-Lösung für einfache, auf Applikationsprozessoren basierende Fahrassistenzsysteme handelt.

In ihrer Gesamtheit haben diese Nachteile zur Folge, dass eine diskrete Sequencing-Lösung ein größeres Risiko birgt, dass es zu versehentlichen Beschädigungen am Prozessor oder einfach nur zu einer erhöhten Belastung kommt, wodurch die Lebensdauer beeinträchtigt wird. Führt man sich vor Augen, wie schwierig das Reparieren oder Ersetzen von elektronischen Systemen in Fahrzeugen ist, ergeben sich direkte Auswirkungen auf die Lebensdauer des betreffenden Autos.

Alles in allem wird eine Lösung auf Basis eines Sequencer-IC zuverlässiger, effektiver und einfacher zu implementieren sein als eine diskrete Sequencing-Lösung. In Automotive-Anwendungen aber haben alle diese einen entscheidenden Stellenwert, da diese Systeme auf zuverlässige, effiziente und langlebige Lösungen angewiesen sind.

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* Samuel Wallace ist bei Texas Instruments als Product Marketing Engineer tätig.

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