參考英飛凌SBC官網資料:https://www.infineon.com/cms/cn/product/automotive-system-ic/system-basis-chips-sbc/
SBC芯片在汽車電子領域可謂占一席之地了,那么什么是SBC?怎么用?用在哪里?主要特性?
1.什么是SBC?
SBC的系統框圖

系統基礎芯片(SBC,System Basis Chip),從廣義上來說,是一種包含電源、通信、監控診斷、安全監控等特性以及GPIO的獨立芯片,
隨著汽車電子模塊的日益小型化,對低功耗和可靠性的要求越來越高,因此,SBC在汽車電子中的應用也越來越多,
細致地來說SBC,電源的構成可以是線性電源或者開關電源;通信包含CAN、CANFD以及LIN;監控診斷包括喚醒輸入、看門狗、復位、中斷,以及對電路診斷后的失效輸出,還有功能安全的一些特性,
任意一個汽車電子系統硬體上除了檢測單元(如傳感器),計算單元(如微控制器)和執行單元(如功率管),往往還需要供電單元(如LDO),通信物理層單元(如CAN收發器),診斷監控單元及一些輸入輸出介面(如喚醒輸入),針對后面這些單元的通用化,系統基礎芯片應運而生,
典型的系統基礎芯片擁有供電功能,總線收發功能,診斷監控功能和喚醒管理功能,
2.為什么使用SBC?
汽車電子硬體設計中,電源、通信,包括一些監控(例如看門狗/復位/定時器),都是通過多個電路來實作的,這不僅增加了電路設計的難度,也不利于在可靠性、系統成本、PCB空間以及電路功耗等方面做出優化提高,使用了SBC之后,由于SBC內部高度集成了一個基本硬體系統模塊的基礎電路功能模塊(電源和通信),因此使得外部電路得以大大的簡化,這也就體現了SBC這類器件的強大優勢,因此有了廣泛的使用,
通常當系統需要供電單元和總線收發器時,就可以考慮選用系統基礎芯片了,使用系統基礎芯片可以帶來眾多好處:
? 減少PCB空間
? 更好的靜態功耗
? 更高的系統可靠性
? 成本的優化
? 重復設計作業量的減少
3.SBC用在哪里?
在動力系統、底盤和駕駛輔助、車身系統、舒適系統以及混合動力及電驅動系統中,幾乎無處不見SBC,這也說明了這類器件強大的生命力和優勢被廣泛接納的程度,
4.怎么用?
要分清系統基礎芯片之間的差異,
雖然所有的系統基礎芯片都含有上文提到的四個功能,但是由于每個廠家對市場及應用有不同的認識,還有資源以及技術的不同,所推出的系統基礎芯片各有差異,在只考慮功能不考慮具體引數優劣的情況下,這些差異主要集中以下幾個方面:
? 各功能模塊的數量,比如供電輸出有一路,兩路,三路或者多路,CAN收發器有一個,兩個還是多個;
? 各功能模塊的能力,比如CAN收發器是否支持CAN區域網路作業(CAN PN),供電輸出是250mA能力還是750mA能力;
? 不同功能模塊的搭配,比如芯片內部只有一路供電及一路CAN收發器,或者芯片內部有多路電源輸出,多路CAN/LIN收發器以及驅動輸出,
同一個廠家也會有多個差異化的系統基礎芯片,此處以英飛凌產品為例,直觀地講解系統基礎芯片家族分類,一般可分為四個家族:簡化型,中等型,開關電源型和多CAN型,家族之間的差異在于功能模塊數量及搭配的不一樣,同一家族(中等型,開關電源型)內根據LIN收發器的數量可以有多個芯片可選,另外依據VCC1輸出電壓的不一樣有5V和3.3V版本可選,依據是否支持CAN區域網路作業有兩個版本可選(只有開關電源型家族目前不支持), 一共有多達50個系統基礎芯片可供選擇,

家族的定義一般來自于目標應用,目標應用的復雜度及差異化的需求決定了家族內具體版本的差異,比如簡化型家族簡化了供電功能并且只有一路CAN收發器,通常應用于車燈控制,方向盤鎖,安全帶和座椅等應用,其參考應用框圖如下,

中等型家族擁有豐富的功能(三路供電輸出,多個喚醒輸入和失效信號輸出等)但是供電輸出能力不大,通常應用于車身控制,門窗控制和電動換擋器等應用,其參考應用框圖如下,

開關電源型家族相對于中等型家族減少了電源輸出通道,但提高了主電源的輸出能力并且還增加了Boost功能,通常應用于車身控制,網關和環境氣候控制等應用,其參考應用框圖如下,

多CAN型家族相對于開關電源型家族減少LIN收發器,增加了CAN收發器,通常應用于網關和輔助駕駛等應用,其參考應用框圖如下,

5.如何具體選型?
可以利用上文提到的差異進行快速的初步選型,如先評估MCU供電網路的電壓和電流能力的需求,根據電壓和電流能力可以大致選擇到某些家族或者系列,再根據總線收發器的要求選擇某些芯片,下圖是來自英飛凌的一個很簡單但很直觀的選型圖,初步選型后還要檢查喚醒需求及負載驅動需求,對于沒有直接匹配到合適的系統基礎芯片時需要去評估哪些外圍器件匹配哪個系統基礎芯片才能做到最優的方案,

電源是系統的基礎,因此SBC中必須首先包含電源,一般來說,SBC的電流輸出能力都不是很大,主要是在100mA~150mA,這樣的電流輸出能力可以滿足大多數汽車電子中的微控制器的電流需求,從而可以把原本需要的外部電源集成到SBC內部,其實電流輸出能力也可以做得更大一些,但考慮到功耗以及散熱問題,只要夠用就可以了,也有采用DC/DC的SBC把輸出電流做到了1.5A,用來給系統的主微控制器供電(例如NXP公司的MC34FS6408),不過這類器件還是少數,通信部分也是SBC不可或缺的部分,帶有CAN、CAN FD和LIN的介面也就成為了SBC的標配,注意:有些半導體公司的產品中會有多路CAN的SBC,同時也帶有LIN,這些都是為了適應不同的系統需求開發出來的芯片,因為這些SBC中都包含有CAN,所以就用包含LIN的數量來進行簡單歸納,由于系統需要在待機的狀況下被喚醒,所以還需要有外部喚醒輸入,這樣可以讓模塊在待機下降低功耗和靜態電流,此外,SBC還有一些和安全有關的功能,例如看門狗和復位功能,都是可以由通信(一般是SPI)來進行配置和管理的,從而滿足安全的設計要求,

英飛凌的選型方案:

從以上的串列中可以體會到在需要使用SBC的系統設計中,電源管理和功能安全使得SBC的優勢發揮得淋漓盡致,這是因為在片上集成系統的時候,每個芯片都可以在開發的初期就考慮得非常細致和完整,從而不需要后期用分立的器件以及軟體代碼來實作這些復雜的系統設計,包括功能安全和電源管理等,因此,這類包含“特殊”功能的SBC發展成為獨立的一類,叫做功能安全SBC(Functional Safety SBC),
綜上所述,除了我們介紹的這些SBC,還有一些它衍生出來的家族成員,例如迷你SBC(Mini System Basis Chip)、LIN迷你SBC(LIN Mini System Basis Chip),以及第4.2節介紹的功能安全SBC等,這些家族成員使得SBC成為一類具備強大生命力的器件,
留個坑,后面說功能安全的事兒,
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