泰矽微发布极简外围电路汽车氛围灯参考设计

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泰矽微自2023年6月首次发布汽车氛围灯SoC芯片TCPL01x以来,以其高可靠性、高性价比、极简外围电路和易用的生态,作为真正意义上的全国产车规氛围灯芯片受到市场高度关注,目前已获得多个车厂定点项目。随着汽车氛围灯持续显著的需求增长,越来越多的零部件厂商将氛围灯产品纳入业务范围。为了便于相关零部件厂商更为便捷的产品开发和批量生产,泰矽微基于TCPL01x系列氛围灯芯片开发出了可通过所有车厂EMC及环境测试等相关标准的完整参考设计和交钥匙解决方案,并开放完整设计源文件及快速的技术支持与服务,确保客户只要基于泰矽微方案进行产品开发,都可顺利完成设计,实现量产,以及,更为关键的,推进氛围灯芯片全面国产化替代,打破现有市场供应格局,有效减少同类进口芯片数量和供应紧张情况,避免供应垄断,全面实行平价销售,助力“凡车皆氛围”的目标。

硬件方案介绍

下图为基于泰矽微TCPL01x的参考原理图,适配合适的外围器件参数,可通过各车企的电磁兼容规范EMC、电特性测试标准。在电特性方面,已在第三方实验室通过基于IS0 16750-2012标准、以及7637-2/3-2011标准的相关测试。

得益于泰矽微TCPL01x芯片优异的ESD/EMC性能,基于HBM模型,芯片电源管脚可直接承受4KV、LIN通信端口可直接承受8KV以上的抗静电能力。在成本优先考虑的情况下,硬件设计上,电源端口可以省去TVS管、LIN通信端口可以省去ESD防护二极管,可有效实现降本。整体外围电路器件数量低至5颗,全面超越所有同类产品。在面积和成本都极度受限的氛围灯灯头应用中,泰矽微的解决方案无疑具有绝佳的优势,树立了行业的天花板。

针对氛围灯应用,泰矽微可提供包括评估板和参考设计单板在内的两种板卡供客户申请使用。也同时提供所有硬件设计源文件和配套应用文档介绍。

软件方案介绍:

泰矽微提供完整的开源SDK供用户使用,包括如下内容:

  • 底层驱动层,包含TCPL01x的所有外设驱动代码。

  • 中间件层,包含LIN协议栈(支持3级诊断),LIN UDS,颜色合成,以及颜色额温度补偿实现。

  • 应用层,包含bootloader和应用控制逻辑两部分,通过bootloader,用户可以通过LIN接口实现最高115Kbps的高速升级。

在调光调色方面,RGB光源常见的混光方式是参照RGB三色的顶点色坐标作为基准,根据目标颜色进行计算,得到该颜色的PWM值。表达颜色的方式有很多种,常用的几种方式有CIE XYZ,CIE 1931 Yxy,CIE 1976 Lu’v’,RGBL等。泰矽微提供完整的软件接口支持开发者实现多样化的点亮方式,以上几种颜色表达方式均可支持。

LED灯珠特性决定了温度变化对发光亮度有较大影响,从而导致同一参数配置下的颜色或者亮度会随着温度变化而发生变化。为此,泰矽微提供了全自主开发的温度补偿算法,实时补偿和调整目标颜色的PWM配比,使之对外保持恒定的光色一致性。凭借TCPL01X出色的ADC性能,可将温度检测精度控制在2摄氏度左右。因此,无论是采用进口品牌还是国内品牌的RGB灯珠,都能够通过该温补算法将灯珠的特性发挥到最佳状态,全温范围内的颜色偏差都可控制在0.5%以内。

为了更为便捷的开发调试,泰矽微开发了功能强大的PC端上位机软件。该上位机软件支持CIE 1931色品图和CIE 1976色品图点亮,以及完整的产线校准命令和LIN升级固件的功能。提供完整的3C和3D命令供第三方产线校准工具集成,目前已有多家产线校准和量产烧录工具实现对TCPL01x的支持。

EMC测试介绍

泰矽微秉承产品EMC性能是设计出来的,而非整改出来的理念,在解决方案硬件设计之初,根据泰矽微芯片的工作机理,结合EMC设计规律和法则,以及产品所需通过的车企电磁兼容规范,为客户产品在电路原理设计、PCB设计等方面提供专业的EMC建议,重塑产品EMC特性,使得产品获得良好的EMC设计,进而达到事半功倍的效果,大大缩短解决产品EMC问题所花费的时间与金钱,实现项目快速落地。

目前已通过大众汽车VOLKSWAGEN TL81000:2021-06 《Electromagnetic Compatibility of Electronic Components for Motor Vehicles》测试标准中的相关测试要求,并以最高等级的要求通过每项EMC测试。以下内容基于大众相关标准进行介绍。

测试项以及测试标准如下表所示:

BCI,其原理是BCI信号发生器通过利用电流探头将射频干扰信号耦合注入到零部件的线束上,然后射频干扰通过线束传导至汽车电子零部件上。

BCI的测试频段在1MHz到400MHz。测试方式有CBCI(共模大电流注入)和DBCI(差模大电流注入)两种,两者之间的区别在于射频干扰信号是否耦合注入到KL31线束上,若射频干扰耦合注入到KL31线束为CBCI方式,否则为DBCI方式。BCI的射频干扰信号模式包括两种调制模式的波形,分别是连续波CW模式,另一种为频率为1kHz、调制幅度为80%的调制波AM模式。在大众TL81000标准中,在被测电子部件距离电流探头150mm、450mm以及750mm处,均需通过CBCI和DBCI两种测试,射频干扰信号包括CW模式和AM模式。

CBCI测试方式如下图所示:

DBCI测试方式如下图所示:

众所周知,汽车电子零部件电磁兼容EMC测试中,BCI测试项是最难通过的。

大众汽车VOLKSWAGEN TL81000:2021-06 《Electromagnetic Compatibility of Electronic Components for Motor Vehicles》测试标准中的有关BCI测试要求较为严苛。因为该测试要求施加的射频干扰信号强度很强、不同距离测试的模式很全面、测试频点密集,并且要求在施加射频干扰信号过程中被测电子部件不能出现误操作的现象,且撤销射频干扰信号后被测电子部件能正常操作。

泰矽微TCPL01x氛围灯方案在BCI测试项上,基于大众汽车VOLKSWAGEN TL81000:2021-06 《Electromagnetic Compatibility of Electronic Components for Motor Vehicles》测试标准的同时,将全频段BCI注入电流提升到上限200mA进行测试,测试结果依旧以最高等级要求通过测试。

值得一提的是,在全距离、全频段、全模式的测试中,LIN通信无任何报错数据帧出现,其性能远优于同类产品。

下列波形数据为部分关键频段CE测试数据:

下列波形数据为部分关键频段RE测试数据:

泰矽微提供的氛围灯TCPL01x方案,经过严苛的电特性测试、EMC测试、功能测试、环境测试,在芯片、硬件、软件等方面已经形成了一个完善、可靠、系统的氛围灯解决方案。已在第三方实验室顺利通过众多主机厂的电子零部件的电磁兼容EMC测试标准,比如大众汽车的TL81000标准、通用的GMW3097、吉利的QJLY J7110779E标准、比亚迪的Q/BYDQ-A1901.706.3-2020标准、极氪的Q-JKR J110010-2022、蔚来的NEV-STD-EE-0007标准,丰田标准等等。

泰矽微氛围灯芯片及解决方案优势

  • 极强的EMC性能,是与其他同类产品非常显著的差异之一,泰矽微一直坚守EMC性能是设计出来的,不是整改出来的基本原则,将EMC性能作为基础要求融入芯片定义,并在设计阶段进行针对性优化。从而在实际应用中,采用泰矽微氛围灯芯片所开发的产品可轻松通过所有车厂各种严苛的EMC测试指标,且更为极致的是测试全程LIN通信无任何报错数据帧出现。

  • 优越的EMC性能也带来了系统设计的便利性,仅需极简的外围电路,与同类同性质芯片比,外围器件可节省相当于芯片价格8%以上的成本,在氛围灯全产业链竞争日益加剧的趋势下,成本优势极为明显。

  • 泰矽微氛围灯芯片管脚兼容同类进口芯片,可提供小至3mmx3mm的封装尺寸,配合极简外围电路,可实现超小尺寸的灯头设计,适用性非常广泛。

  • 恰当的产品定义和适中的片上资源和封装定义,既满足所有同类应用需求,又不无谓浪费晶圆和封装成本,64KB Flash是当下可满足所有应用需求最为适合的空间尺寸,32KFlash因不满足绝大部分车厂对存储资源利用率上限要求和OTA升级需求,将逐渐被市场所淘汰。

  • 随着氛围灯在车内越发普及的应用,与人机交互实现融合逐渐成为发展趋势,借助泰矽微的另一个已发展成为国产龙头的系列产品---车规触控芯片,泰矽微可提供融合氛围灯和触控交互一体化的解决方案,整体方案的完整性和高性价比优势非常明显。泰矽微是目前全球范围内为数极少的可提供此类完整解决方案的半导体厂商。

总结

汽车从纯粹的交通工具向“第三空间”转化的过程必然会伴随人机交互的快速进化与发展,这个趋势与泰矽微所专注的人机交互底层芯片及解决方案的发展主线完全一致。泰矽微将持续发力并继续加大在汽车人机交互技术方面的投入,在传感和执行两大维度不断挖掘与拓展产品深度与广度,并确保产品线之间的关联性与协同性,通过产品矩阵及彼此融合的整体解决方案赋能汽车人机交互的大发展。

泰矽微已开放样片,评估板,参考设计demo板及相关设计源文件与文档申请通道,请发送邮件至:sales@tinychip.com.cn详情咨询。

责编: 爱集微
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